掌握这些优化技巧写SQL,公司DBA也鼓掌称赞!

2020年6月27日14:42:06 发表评论 93 views
以为使用 MySQL 是非常的简单的,无非都是照着 【select from where group by order by】 这个格式套来套去;从来不会关注 SQL 的耗费时长,更不会关注查询的性能。
但是当用户量上来了,表数据不断暴增,导致我们以前写的 SQL 的查询时间越来越长,最后还被 DBA 和领导疯狂吐槽一波。那么,此时我们是不是应该学习一下如何去优化我们的烂 SQL 呢?
下面,我将从多方面去深入讲解如何优化 SQL 。

一、索引优化

索引的数据结构是 B+Tree,而 B+Tree 的查询性能是比较高的,所以建立索引能提升 SQL 的查询性能。

1、建立普通索引

对经常出现在 where 关键字后面的表字段建立对应的索引。

2、建立复合索引

如果 where 关键字后面常出现的有几个字段,可以建立对应的 复合索引。要注意可以优化的一点是:将单独出现最多的字段放在前面。

例如现在我们有两个字段 a 和 b 经常会同时出现在 where 关键字后面:

select * from t where a = 1 and b = 2;   \* Q1 *\

也有很多 SQL 会单独使用字段 a 作为查询条件:

select * from t where a = 2;   \* Q2 *\

此时,我们可以建立复合索引 index(a,b)。因为不但 Q1 可以利用复合索引,Q2 也可以利用复合索引。

3、最左前缀匹配原则

如果我们使用的是复合索引,应该尽量遵循 最左前缀匹配原则。MySQL 会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配。

假如此时我们有一条 SQL :

select * from t where a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4;

那么我们应该建立的复合索引是:index(a,b,d,c) 而不是 index(a,b,c,d)。因为字段 c 是范围查询,当 MySQL 遇到范围查询就停止索引的匹配了。

大家也注意到了,其实 a,b,d 在 SQL 的位置是可以任意调整的,优化器会找到对应的复合索引。

还要注意一点的是:最左前缀匹配原则不但是复合索引的最左 N 个字段;也可以是单列(字符串类型)索引的最左 M 个字符。

  • 例如我们常说的 like 关键字,尽量不要使用全模糊查询,因为这样用不到索引;
  • 所以建议是使用右模糊查询:select * from t where name like '李%'(查询所有姓李的同学的信息)。
4、索引下推

很多时候,我们还可以复合索引的 索引下推 来优化 SQL 。

例如此时我们有一个复合索引:index(name,age) ,然后有一条 SQL 如下:

select * from user where name like '张%' and age = 10 and sex = 'm';

根据复合索引的最左前缀匹配原则,MySQL 匹配到复合索引 index(name,age) 的 name 时,就停止匹配了;然后接下来的流程就是根据主键回表,判断 age 和 sex 的条件是否同时满足,满足则返回给客户端。

但是由于有索引下推的优化,匹配到 name 时,不会立刻回表;而是先判断复合索引 index(name,age) 中的 age 是否符合条件;符合条件才进行回表接着判断 sex 是否满足,否则会被过滤掉。

那么借着 MySQL 5.6 引入的索引下推优化 ,可以做到减少回表的次数。

5、覆盖索引

很多时候,我们还可以 覆盖索引 来优化 SQL 。

情况一:SQL 只查询主键作为返回值。

主键索引(聚簇索引)的叶子节点是整行数据,而普通索引(二级索引)的叶子节点是主键的值。

所以当我们的 SQL 只查询主键值,可以直接获取对应叶子节点的内容,而避免回表。

情况二:SQL 的查询字段就在索引里。

复合索引:假如此时我们有一个复合索引 index(name,age) ,有一条 SQL 如下:

select name,age from t where name like '张%';

由于是字段 name 是右模糊查询所以可以走复合索引,然后匹配到 name 时,不需要回表,因为 SQL 只是查询字段 name 和 age,所以直接返回索引值就 ok 了。

6、普通索引

尽量 使用普通索引 而不是唯一索引。

首先,普通索引和唯一索引的查询性能其实不会相差很多;当然了,前提是要查询的记录都在同一个数据页中,否则普通索引的性能会慢很多。

但是,普通索引的更新操作性能比唯一索引更好;其实很简单,因为普通索引能利用 change buffer 来做更新操作;而唯一索引因为要判断更新的值是否是唯一的,所以每次都需要将磁盘中的数据读取到 buffer pool 中。

7、前缀索引

我们要学会巧妙的使用 前缀索引,避免索引值过大。

例如有一个字段是 addr varchar(255),但是如果一整个建立索引 [ index(addr) ],会很浪费磁盘空间,所以会选择建立前缀索引 [ index(addr(64)) ]。

建立前缀索引,一定要关注字段的区分度。例如像身份证号码这种字段的区分度很低,只要出生地一样,前面好多个字符都是一样的;这样的话,最不理想时,可能会扫描全表。

前缀索引避免不了回表,即无法使用覆盖索引这个优化点,因为索引值只是字段的前 n 个字符,需要回表才能判断查询值是否和字段值是一致的。

怎么解决?

倒序存储:像身份证这种,后面的几位区分度就非常的高了;我们可以这么查询:

select field_list from t where id_card = reverse('input_id_card_string');

增加 hash 字段并为 hash 字段添加索引。

8、干净的索引列

索引列不能参与计算,要保持索引列“干净”。

假设我们给表 student 的字段 birthday 建立了普通索引。

下面的 SQL 语句不能利用到索引来提升执行效率:

select * from student where DATE_FORMAT(birthday,'%Y-%m-%d') = '2020-02-02';

我们应该改成下面这样:

select * from student where birthday = STR_TO_DATE('2020-02-02', '%Y-%m-%d');
9、扩展索引

我们应该尽量 扩展索引,而不是新增索引,一个表最好不要超过 5 个索引;一个表的索引越多,会导致更新操作更加耗费性能。

二、SQL 优化

1、Order By 优化
  1. order by 后面的字段尽量是带索引的,这样能避免使用 sort_buffer 进行排序。
      • 假如有一条 SQL,根据生日查询所有学生的信息:select * from student order by birthday desc;
      • 那么为了提升 SQL 的查询性能,我们可以为 birthday 字段建立索引:
        CREATE INDEX index_birthday ON student(birthday);

后面不要带上不必要的字段,因为如果单行长度太长导致查询数据太多, MySQL 会利用 rowid 排序来代替全字段排序,这样会导致多了回表的操作。

    • 如果我们只是查询学生的姓名、年龄和生日,千万不要写 select *;
    • 而是只查询需要的字段:select name, age, birthday。
2、Join 优化
  1. 在使用 join 的时候,应该让小表做驱动表。小表:总数据量最小的表
  2. 使用 join 语句,最好保证能利用被驱动表的索引,不然只能使用 BNL(Block Nested-Loop Join)算法,还不如不用。
  3. 启用 BKA(Batched Key Access) 算法,使得 NLJ 算法也能利用上 join_buffer,被驱动表可以批量查询到符合条件的值,然后可以利用 MMR(Multi-Range Read) 的顺序读盘特性来提升回表效率。
  4. 如果一定要用 join,而且被驱动表没有索引可以使用,那么我们可以利用临时表(create temporary table xx(...)engine=innodb;)来让 BNL 算法转为 BKA 算法,从而提升查询性能。
  5. join_buffer 是一个无序数组,所以每次判断都需要遍历整个 join_buffer。我们可以在业务端实现 hash join 来提升 SQL 的执行速度。
3、Group By 优化
  1. 如果对 group by 语句的结果没有排序要求,要在语句后面加 order by null。
  2. 尽量让 group by 过程用上表的索引,不但不需要临时表,还不需要额外的排序。
  3. 如果 group by 需要统计的数据量不大,尽量只使用内存临时表;也可以通过适当调大 tmp_table_size 参数,来避免用到磁盘临时表。
  4. 如果数据量实在太大,使用 SQL_BIG_RESULT 这个提示,来告诉优化器直接使用排序算法得到 group by 的结果。
4、OR 优化

在 Innodb 引擎下 or 关键字无法使用组合索引。

假设现在关于订单表有一条 SQL :

select id,product_name from orders where mobile = '12345678900' or user_id = 6;

一般我们为了提升上面 SQL 的查询效率,会想着为字段 mobile 和 user_id 建立一个复合索引 index(mobile,user_id);

可是我们使用 explain 可以发现执行计划里面并没有提示到使用复合索引,所以 or 关键字无法命中 mobile + user_id 的组合索引。

那么我们可以分别为两个字段建立普通索引,然后采用 union 关键字,如下所示:

(select id,product_name from orders where mobile = '12345678900')union(select id,product_name from orders where user_id = 6);

此时 mobile 和 user_id 字段都有索引,查询才最高效。

5、IN 优化

in 关键字适合主表大子表小,exist 关键字适合主表小子表大。由于查询优化器的不断升级,很多场景这两者性能差不多一样了,可以尝试改为 join 查询。

假设我们现在有一条 SQL ,要查询 VIP 用户的所有订单数据:

select id from orders where user_id in (select id from user where level = 'VIP');

我们可以发现不会有任何关于索引的优化,所以我们可以采用 join查询,如下所示:

select o.id from orders o join user u on o.user_id = u.id and u.level = 'VIP';

此时被驱动表应该是 user,那么可以利用到 user 表的主键索引,即可以使用 BKA 算法来提升 join 查询的性能。

6、Like 优化

like 用于模糊查询,但是如果是全模糊查询,将不能命中对应字段的索引。

假设现在关于学生表有一条 SQL:

SELECT name,age,birthday FROM student WHERE name like '%张%';

使用 explain 可以发现执行计划提示查询未命中索引。

因为本来需求就是查询姓张的所有同学信息,所以没必要使用全模糊查询,使用右模糊查询即可。

换成下面的写法:

SELECT name,age,birthday FROM student WHERE name like '张%';

但是产品经理一定要前后模糊匹配呢?全文索引 FULLTEXT 可以尝试一下,但是 MySQL 的全文索引不支持中文查询的。

所以说 Elasticsearch 才是终极武器!

三、数据表设计优化

1、数据类型:应该选择更简单或者占用空间更小的类型。
  • 整型选择:可以根据长度选择 tinyint、smallint、medium_int,而不是直接使用 int。
  • 字符串选择:能确定字符串长度的,尽量使用 char 类型,而不是变长的 varchar 类型。
  • 浮点型选择:精度要求比较高的使用 decimal 而不是 double;也可以考虑使用 BIGINT 来保存,小数位保存可以使用乘以整百来解决。
  • 日期选择:尽量使用 timestamp 而不是 datetime。
2、避免空值:
  • NULL 值依然会占用空间,并且会使索引更新更加复杂,更新 NULL 时容易发生索引分裂的现象。
  • 可以使用有意义的值来代替 NULL 值,例如 “none” 字符串等等。
3、超长字符串:
  • 一般超长字符串,varchar 难以存储,我们一般会使用 text 类型。
  • 但是 text 类型的字段尽量避免放在主表中,而是抽出来在子表里,用业务主键关联。

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