《MySQL实战45讲》——学习笔记18 “索引失效、函数/隐式转换“【建议收藏】

痛定思痛。 2023-09-23 15:10 105阅读 0赞

本文介绍几种MYSQL中索引失效的典型SQL用法，包括对索引字段使用函数、索引字段隐式类型转换（如字符串转数值类型，实质上也是使用CAST函数）、索引字段隐式字符编码转换（如utf8mb4字符集与utf8字符集的等值判断，实质上也是使用CONVERT函数）；

并且，有的时候你可能发现explain执行计划中使用了索引，但是SQL的性能依然很慢，这时就要观察下rows判断是否走了全表扫描；并不是说查询走了索引就一定快；

#### 案例一：查询条件中对索引字段显示的使用函数 ####

假设有一个交易系统，其中交易记录表tradelog包含交易流水号（tradeid）、交易员id（operator）、交易时间（t\_modified）等字段，其中交易时间和流水号字段都加了索引；这个表的建表语句如下：

mysql> CREATE TABLE `tradelog` (
      `id` int(11) NOT NULL,
      `tradeid` varchar(32) DEFAULT NULL,
      `operator` int(11) DEFAULT NULL,
      `t_modified` datetime DEFAULT NULL,
      PRIMARY KEY (`id`),
      KEY `tradeid` (`tradeid`),
      KEY `t_modified` (`t_modified`)
    ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

假设，现在已经记录了从2016年初到2018年底的所有数据，运营部门有一个需求是：**要统计发生在所有年份中7月份的交易记录总数**；这个逻辑看上去并不复杂，你的SQL语句可能会这么写：

mysql> select count(*) from tradelog where month(t_modified)=7;

由于t\_modified字段上有索引，于是你就很放心地在生产库中执行了这条语句，但却发现执行了特别久，才返回了结果；DBA同事的解释可能是：**如果对字段做了函数计算，就用不上索引了，这是MySQL的规定**；

现在分析下原因，下面是这个t\_modified索引的示意图，方框上面的数字就是month()函数对应的值；

![f423662fa6b5422787bcfbac2d726605.png][]

如果你的SQL语句条件用的是where t\_modified='2018-7-1’的话，引擎就会按照上面**绿色箭头**的路线，快速定位到t\_modified='2018-7-1’需要的结果；**实际上，B+树提供的这个快速定位能力，来源于同一层兄弟节点的有序性；**

但是，**如果计算month()函数的话，你会发现这颗B+树的"有序性"被破坏了**；例如当传入month(t\_modified)=7的时候，在树的第一层就不知道该怎么办了——**他不知道接下来往哪个方向找**；也就是说，**对索引字段做函数操作，可能会破坏索引值的有序性，因此优化器就决定放弃走树搜索功能，转而走全索引扫描（遍历整个索引树）**；

需要注意的是，**"放弃走树搜索功能"并不意味着优化器放弃使用这个索引**；

在这个例子里，尽管优化器放弃了树搜索功能，但它遍历索引树获取t\_modified字段，既可以选择遍历主键id索引，也可以选择遍历索引t\_modified；优化器对比索引大小后发现，索引t\_modified更小（覆盖索引），遍历这个索引比遍历主键索引来得更快；因此最终还是会选择索引t\_modified；

使用explain命令查看一下这条SQL语句的执行结果：

![4f69341fe79ec9fb89a28fe27c3c46df.png][]

key="t\_modified"表示的是，使用了t\_modified这个索引；因为测试表数据中插入了10万行数据，这里统计rows=100335，说明**这条语句扫描了整个索引的所有值**；Extra字段的Using index，表示的是**使用了覆盖索引**，因为仅需要全表扫描t\_modified字段；

> 结论就是——**由于在t\_modified这个索引字段加了month()函数操作，导致了全索引扫描；**

根据上述结论，可以在语句中不对索引字段做函数运算，而是使用范围查询，如下；

mysql> select count(*) from tradelog where
        -> (t_modified >= '2016-7-1' and t_modified<'2016-8-1') or
        -> (t_modified >= '2017-7-1' and t_modified<'2017-8-1') or 
        -> (t_modified >= '2018-7-1' and t_modified<'2018-8-1');

不过优化器在个问题上确实有“偷懒”行为——**即使是对于不改变有序性的函数，也不会考虑使用索引**；比如，对于 select \* from tradelog where id+1=10000 这个SQL语句，这个加1操作并不会改变有序性，但是MySQL优化器还是不能用id索引快速定位到9999这一行；所以，需要你在写SQL语句的时候，手动改写成 where id=10000-1 才可以；

#### 案例二：对索引字段隐式的使用类型转换函数 ####

先看下下面的语句，交易编号 tradeid 这个字段上本来就有索引，但是 explain 的结果却显示，这条语句需要走全表扫描；

mysql> select * from tradelog where tradeid=110717;

实际上，tradeid 的字段类型是 varchar(32)，而输入的参数110717却是整型，所以**这里一定需要做类型转换**；

那么，现在这里就有两个问题：

（1）数据类型转换的规则是什么？  
（2）为什么有数据类型转换，就需要走全索引扫描？

先来看第一个问题，尝试执行 select '10'>9的结果：**结果是1**，也就是说这里"**将字符串转成了数值**"，也就是执行到"tradeid=110717"时MySQL将索引字段tradeid转成了数值型做比较；（字符串比较大小是逐位从高位到低位逐个比较（按ascii码），"10"的第一位字符"1"的ascii比"9"小，所以如果是数值转字符串那么结果应该为0）

所以，上述的语句对于优化器来说，相当于：

mysql> select * from tradelog where  CAST(tradid AS signed int) = 110717;

也就是说，这条语句触发了我们上面说到的规则：**对索引字段做函数操作，优化器会放弃走树搜索功能**；举个例子，反过来，假如主键id的类型是int，如果执行下面这个语句，是否会导致全表扫描呢？

select * from tradelog where id="83126";

答案是——**会走索引**； **当字符串和数字比较时会把字符串转化为数字**，所以这条语句里的隐式转换不会应用到索引字段上，而是作用于where等号后面的变量"83126"上，所以可以走索引；

#### 案例三：对索引字段隐式的使用字符编码转换 ####

假设系统里还有另外一个表 trade\_detail，用于记录交易的操作细节；这个表与上面的交易日志表 tradelog 通过交易流水号关联；

mysql> CREATE TABLE `trade_detail` (
      `id` int(11) NOT NULL,
      `tradeid` varchar(32) DEFAULT NULL,
      `trade_step` int(11) DEFAULT NULL, /*操作步骤*/
      `step_info` varchar(32) DEFAULT NULL, /*步骤信息*/
      PRIMARY KEY (`id`),
      KEY `tradeid` (`tradeid`)
    ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

这时候，如果要查询 tradelog 表中id=2的交易记录的所有操作步骤信息，SQL语句可以这么写：

select d.* from tradelog l, trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and l.id=2; /*语句Q1*/

看下这条语句的执行计划：

![f3ce2b6517b19785901e648bed532e59.png][]

分析这个explain结果：

（1）第一行显示优化器会先在交易记录表tradelog上查到id=2的行，这个步骤用上了主键索引，rows=1表示只扫描一行；  
（2）第二行key=NULL，表示没有用上交易详情表trade\_detail上的tradeid索引，进行了全表扫描；

在这个执行计划里，是从tradelog表中取tradeid字段，再去trade\_detail表里查询匹配字段；因此，我们把tradelog称为**驱动表**，把trade\_detail称为**被驱动表**，把tradeid称为**关联字段**；接下来，我们看下这个explain结果表示的执行流程：

![f3cc3f45ec2c4d2c9d79d3bd39f91b51.png][]

**图中第3步不符合我们的预期**；因为表trade\_detail里tradeid字段上是有索引的，我们本来是希望通过使用tradeid索引能够快速定位到等值的行；但这里却走了全表扫描；

如果你去问DBA同学，他们可能会告诉你：**因为这两个表的字符集不同，一个是utf8，一个是utf8mb4，所以做表连接查询的时候用不上关联字段的索引**；

utf8是utf8mb4的子集，utf8mb4在utf8支持的字符上做了扩展，所以当**这两个类型的字符串在做比较的时候会做隐式的字符类型转换**——MySQL内部的操作是先把utf8字符串转成utf8mb4字符集（如果utf8mb4转成utf8会损失精度），再做比较；

因此，在执行上面这个语句的时候，需要将被驱动数据表trade\_detail里的索引字段traideid一个个地转换成utf8mb4编码，再跟驱动表的关联字段的值做比较；也就是说，实际上这个语句等同于下面这个写法：

/*$L.tradeid.value 指tradelog表的tradeid字段值*/
    select * from trade_detail  where CONVERT(traideid USING utf8mb4)=$L.tradeid.value;

CONVERT() 函数可以把输入的字符串转成utf8mb4字符集；这就再次触发了我们上面说到的原则：**对被驱动表的索引字段做了函数操作，优化器放弃走树搜索功能**；

作为对比验证，现在执行另外一个需求，“查找trade\_detail表里id=4的操作，对应的操作者是谁”，再来看下这个语句和它的执行计划；

mysql>select l.operator from tradelog l , trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and d.id=4;

![bb03e36608e0b261b77d58759126e761.png][]

这个语句里trade\_detail表成了驱动表，explain结果的第二行显示，这次的查询操作用上了被驱动表tradelog里的索引(tradeid)，扫描行数是1；跟我们上面的结论对上了，这里被驱动表的tradeid字段是utf8mb4，无需做字符类型转换，而是where=后面的值做了隐式字符转换，即：

/*$D.tradeid.value 指trade_detail 表的tradeid字段值*/
    select operator from tradelog where traideid =CONVERT($D.tradeid.value USING utf8mb4);

这里的CONVERT函数是加在输入参数上的，这样就可以用上被驱动表的traideid索引；

理解了原理以后，就可以用来优化这条语句了：

（1）修改表结构，让字符集一致，都换成utf8mb4；

alter table trade_detail modify tradeid varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 default null;

（2）但如果数据量比较大，或者业务上暂时不能做这个DDL的话，那就只能采用修改SQL语句的方法了；在这个场景下，tradeid字段从utf8mb4强转uft8不会异常，但是其他场景可能在转换时发生异常，需要注意；

mysql> select d.* from tradelog l , trade_detail d where d.tradeid=CONVERT(l.tradeid USING utf8) and l.id=2;

![8ef96d068916be01ce7ce065acfcfe22.png][]

#### 补充案例：查询条件中的值的长度大于索引字段定义的长度 ####

场景条件（表结构）如下：

mysql> CREATE TABLE `table_a` (
      `id` int(11) NOT NULL,
      `b` varchar(10) DEFAULT NULL,
      `c` varchar(10) DEFAULT NULL,
      PRIMARY KEY (`id`),
      KEY `b` (`b`)
    ) ENGINE=InnoDB;

假设现在表里面，有100万行数据，其中有10万行数据的b的值是'1234567890'，假设现在查询语句是这么写的：

mysql> select * from table_a where b='1234567890abcd';

注意这里的查询条件值，'1234567890'是长度14位的字符串，而字段b定义的是varchar(10)，**最理想的情况是，MySQL看到条件目标值的长度与索引字段b定义长度不相等，直接返回空行**；要不就是，直接遍历索引树b，拿'1234567890abcd'与索引字段b匹配，快速判断出上并没有这个值，也很快就能返回空结果；

实际上，MySQL没有采用上面的方式；结果是——这条SQL语句执行的很慢，最终还是返回了空行；流程是这样的：

1. 在传给引擎执行的时候，做了字符截断；因为引擎里面这个行只定义了长度是10，所以只截了前10个字节，就是’1234567890’进去与索引字段b做匹配；

2. 索引树b中查到满足b='1234567890'条件的数据有10万行；

3. 依然需要做10万次回表；（**仅查字段b尽管可以覆盖索引，但是毕竟这里对条件值"擅自"做了截断，因此最终server还是要"亲自"准确的判断一次**）

4. 查出来的数据，到server层重新判断，b的值都不是'1234567890abcd'；

5. 返回结果是空；

通过explain可以看到，当where的值在索引字段长度内，执行计划的Extra则是'using index'，即覆盖索引，无需回表；当where的值大于索引字段长度，执行计划的Extra则是'Using where; Using index'，即使用了覆盖索引，**但存储引擎返回结果后mysql server还会再次筛选**；

#### 小结 ####

1. 对索引字段做函数操作，可能会破坏索引值的有序性，因此优化器就决定放弃走树搜索功能；函数操作可以是显示的，也有隐式的，如索引字段的类型/字符集转换；

2. MySQL 的优化器确实有“偷懒”的嫌疑，即使简单地把 where id+1=1000 改写成 where id=1000-1 就能够用上索引快速查找，它也不会主动做这个语句重写；

3. explain显示用上了索引不一定就执行快，因为他可能还是需要全表扫描，只不过扫描的字段刚好被索引覆盖，因此选了索引而非走主键索引树；除了要关注key，还要关注扫描行数rows；

下篇文章：[《MySQL实战45讲》——学习笔记19 “SQL查一行执行慢的排查、锁等待/一致性读“【建议收藏】][MySQL_45_19 _SQL]

本章参考：[18 | 为什么这些SQL语句逻辑相同，性能却差异巨大？-极客时间][18 _ _SQL_-]

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[MySQL_45_19 _SQL]: https://blog.csdn.net/minghao0508/article/details/127923852
[18 _ _SQL_-]: https://time.geekbang.org/column/article/74059?screen=full