SQL 性能优化梳理

本是古典何须时尚 2021-09-02 04:46 981阅读 0赞

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来源：juejin.im/post/59b11ba151882538cb1ecbd0

## **「前言」** ##

本文主要针对的是关系型数据数据库MySql。键值类数据库可以参考：

https://www.jianshu.com/p/098a870d83e4

先简单梳理下Mysql的基本概念，然后分创建时和查询时这两个阶段的优化展开。

### **「1 基本概念简述」** ###

#### 1.1 逻辑架构 ####

![format_png][]

*  第一层：客户端通过连接服务，将要执行的sql指令传输过来
 *  第二层：服务器解析并优化sql，生成最终的执行计划并执行
 *  第三层：存储引擎，负责数据的储存和提取

#### 1.2 锁 ####

数据库通过锁机制来解决并发场景-共享锁（读锁）和排他锁（写锁）。读锁是不阻塞的，多个客户端可以在同一时刻读取同一个资源。写锁是排他的，并且会阻塞其他的读锁和写锁。简单提下乐观锁和悲观锁。

*  **「乐观锁」**，通常用于数据竞争不激烈的场景，多读少写，通过版本号和时间戳实现。
 *  **「悲观锁」**，通常用于数据竞争激烈的场景，每次操作都会锁定数据。

要锁定数据需要一定的锁策略来配合。

*  **「表锁」**，锁定整张表，开销最小，但是会加剧锁竞争。
 *  **「行锁」**，锁定行级别，开销最大，但是可以最大程度的支持并发。

但是MySql的存储引擎的真实实现不是简单的行级锁，一般都是实现了多版本并发控制（MVCC）。MVCC是行级锁的变种，多数情况下避免了加锁操作，开销更低。MVCC是通过保存数据的某个时间点快照实现的。

#### 1.3 事务 ####

事务保证一组原子性的操作，要么全部成功，要么全部失败。一旦失败，回滚之前的所有操作。MySql采用自动提交，如果不是显式的开启一个事务，则每个查询都作为一个事务。

隔离级别控制了一个事务中的修改，哪些在事务内和事务间是可见的。四种常见的隔离级别：

*  **「未提交读」**（Read UnCommitted），事务中的修改，即使没提交对其他事务也是可见的。事务可能读取未提交的数据，造成脏读。
 *  **「提交读」**（Read Committed），一个事务开始时，只能看见已提交的事务所做的修改。事务未提交之前，所做的修改对其他事务是不可见的。也叫不可重复读，同一个事务多次读取同样记录可能不同。
 *  **「可重复读」**（RepeatTable Read），同一个事务中多次读取同样的记录结果时结果相同。
 *  **「可串行化」**（Serializable），最高隔离级别，强制事务串行执行。

#### 1.4 存储引擎 ####

InnoDB引擎，最重要，使用最广泛的存储引擎。被用来设计处理大量短期事务，具有高性能和自动崩溃恢复的特性。关注 Java后端编程，回复Java获取学习资料。

MyISAM引擎，不支持事务和行级锁，崩溃后无法安全恢复。

### **「2 创建时优化」** ###

#### 2.1 Schema和数据类型优化 ####

**「整数」**

TinyInt,SmallInt,MediumInt,Int,BigInt 使用的存储8,16,24,32,64位存储空间。使用Unsigned表示不允许负数，可以使正数的上线提高一倍。

**「实数」**

*  Float,Double , 支持近似的浮点运算。
 *  Decimal，用于存储精确的小数。

**「字符串」**

*  VarChar，存储变长的字符串。需要1或2个额外的字节记录字符串的长度。
 *  Char，定长，适合存储固定长度的字符串，如MD5值。
 *  Blob，Text 为了存储很大的数据而设计的。分别采用二进制和字符的方式。

**「时间类型」**

*  DateTime，保存大范围的值，占8个字节。
 *  TimeStamp，推荐，与UNIX时间戳相同，占4个字节。

**「优化建议点」**

*  尽量使用对应的数据类型。比如，不要用字符串类型保存时间，用整型保存IP。
 *  选择更小的数据类型。能用TinyInt不用Int。
 *  标识列（identifier column），建议使用整型，不推荐字符串类型，占用更多空间，而且计算速度比整型慢。
 *  不推荐ORM系统自动生成的Schema，通常具有不注重数据类型，使用很大的VarChar类型，索引利用不合理等问题。
 *  真实场景混用范式和反范式。冗余高查询效率高，插入更新效率低；冗余低插入更新效率高，查询效率低。
 *  创建完全的独立的汇总表\\缓存表，定时生成数据，用于用户耗时时间长的操作。对于精确度要求高的汇总操作，可以采用 历史结果+最新记录的结果 来达到快速查询的目的。
 *  数据迁移，表升级的过程中可以使用影子表的方式，通过修改原表的表名，达到保存历史数据，同时不影响新表使用的目的。

#### 2.2 索引 ####

索引包含一个或多个列的值。MySql只能高效的利用索引的最左前缀列。索引的优势：

*  减少查询扫描的数据量
 *  避免排序和零时表
 *  将随机IO变为顺序IO （顺序IO的效率高于随机IO）

**「B-Tree」**

使用最多的索引类型。采用B-Tree数据结构来存储数据（每个叶子节点都包含指向下一个叶子节点的指针，从而方便叶子节点的遍历）。B-Tree索引适用于全键值，键值范围，键前缀查找，支持排序。

B-Tree索引限制：

*  如果不是按照索引的最左列开始查询，则无法使用索引。
 *  不能跳过索引中的列。如果使用第一列和第三列索引，则只能使用第一列索引。
 *  如果查询中有个范围查询，则其右边的所有列都无法使用索引优化查询。

**「哈希索引」**

只有精确匹配索引的所有列，查询才有效。存储引擎会对所有的索引列计算一个哈希码，哈希索引将所有的哈希码存储在索引中，并保存指向每个数据行的指针。

哈希索引限制：

*  无法用于排序
 *  不支持部分匹配
 *  只支持等值查询如=，IN（），不支持 < >

**「优化建议点」**

*  注意每种索引的适用范围和适用限制。
 *  索引的列如果是表达式的一部分或者是函数的参数，则失效。
 *  针对特别长的字符串，可以使用前缀索引，根据索引的选择性选择合适的前缀长度。
 *  使用多列索引的时候，可以通过 AND 和 OR 语法连接。
 *  重复索引没必要，如（A，B）和（A）重复。
 *  索引在where条件查询和group by语法查询的时候特别有效。
 *  将范围查询放在条件查询的最后，防止范围查询导致的右边索引失效的问题。
 *  索引最好不要选择过长的字符串，而且索引列也不宜为null。

### **「3 查询时优化」** ###

#### 3.1 查询质量的三个重要指标 ####

*  响应时间 （服务时间，排队时间）
 *  扫描的行
 *  返回的行

#### 3.2 查询优化点 ####

*  避免查询无关的列，如使用Select \* 返回所有的列。
 *  避免查询无关的行
 *  切分查询。将一个对服务器压力较大的任务，分解到一个较长的时间中，并分多次执行。如要删除一万条数据，可以分10次执行，每次执行完成后暂停一段时间，再继续执行。过程中可以释放服务器资源给其他任务。
 *  分解关联查询。将多表关联查询的一次查询，分解成对单表的多次查询。可以减少锁竞争，查询本身的查询效率也比较高。因为MySql的连接和断开都是轻量级的操作，不会由于查询拆分为多次，造成效率问题。
 *  注意count的操作只能统计不为null的列，所以统计总的行数使用count（\*）。
 *  group by 按照标识列分组效率高，分组结果不宜出行分组列之外的列。
 *  关联查询延迟关联，可以根据查询条件先缩小各自要查询的范围，再关联。
 *  Limit分页优化。可以根据索引覆盖扫描，再根据索引列关联自身查询其他列。如

SELECT  
     id,  
     NAME,  
     age  
    WHERE  
     student s1  
    INNER JOIN (  
     SELECT  
         id  
     FROM  
         student  
     ORDER BY  
         age  
     LIMIT 50,5  
    ) AS s2 ON s1.id = s2.id

*  Union查询默认去重，如果不是业务必须，建议使用效率更高的Union All

## **「补充内容」** ##

来自大神-小宝

1.条件中的字段类型和表结构类型不一致，mysql会自动加转换函数，导致索引作为函数中的参数失效。

2.like查询前面部分未输入，以%开头无法命中索引。

3.补充2个5.7版本的新特性：

generated column，就是数据库中这一列由其他列计算而得

CREATE TABLE triangle (sidea DOUBLE, sideb DOUBLE, area DOUBLE AS (sidea * sideb / 2));  
    insert into triangle(sidea, sideb) values(3, 4);  
    select * from triangle;

+-------+-------+------+  
    | sidea | sideb | area |  
    +-------+-------+------+  
    |   3      |   4      |  6     |  
    +-------+-------+------+

支持JSON格式数据，并提供相关内置函数

CREATE TABLE json_test (name JSON);  
    INSERT INTO json_test VALUES('{"name1": "value1", "name2": "value2"}');  
    SELECT * FROM json_test WHERE JSON_CONTAINS(name, '$.name1');

来自JVM专家-达

关注explain在性能分析中的使用

EXPLAIN SELECT settleId FROM Settle WHERE settleId = "3679"

![format_png 1][]

*  **「select\_type」**，有几种值：simple（表示简单的select，没有union和子查询），primary（有子查询，最外面的select查询就是primary），union（union中的第二个或随后的select查询，不依赖外部查询结果），dependent union（union中的第二个或随后的select查询，依赖外部查询结果）
 *  **「type」**，有几种值：system（表仅有一行（=系统表），这是const连接类型的一个特例），const（常量查询）, ref(非唯一索引访问，只有普通索引)，eq\_ref（使用唯一索引或组件查询），all（全表查询），index（根据索引查询全表），range（范围查询）
 *  **「possible\_keys」**: 表中可能帮助查询的索引
 *  **「key」**，选择使用的索引
 *  **「key\_len」**，使用的索引长度
 *  **「rows」**，扫描的行数，越大越不好
 *  **「extra」**，有几种值：Only index（信息从索引中检索出，比扫描表快），where used（使用where限制），Using filesort （可能在内存或磁盘排序），Using temporary（对查询结果排序时使用临时表）

#### **- END -**  `最近整理一份面试资料《Java技术栈学习手册》，覆盖了Java技术、面试题精选、Spring全家桶、Nginx、SSM、微服务、数据库、数据结构、架构等等。获取方式：点“ 在看，关注公众号 Java后端 并回复 777 领取，更多内容陆续奉上。推荐阅读 1. 读完《Effective Java》: 我整理这 50 条技巧2. Spring 中的 bean 是线程安全的吗？3. 把 Spring Cloud 给拆了！你知道每个组件的原理吗？4. 图解 SQL5. 36 张图梳理 Intellij IDEA 常用设置喜欢文章，点个在看 ` ####

[Java]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MjEwMjI1Mg%3D%3D&chksm=ce0da17bf97a286df119047a25b7de51621fe542816673bb4aa3ebd8ab97b09a86ed7db2e2ee&idx=3&mid=2247489272&scene=21&sn=ce74938072fc73a808d83ccb474db46d#wechat_redirect
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