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為應用選擇和創建最佳索引，加速數據讀取

背景信息

在數據庫使用過程中，由SQL問題導致的數據庫故障層出不窮，其中索引問題是SQL問題中常見的一種，例如：無索引，隱式轉換，索引創建不合理。

  • 無索引：使用沒有創建索引的SQL訪問數據庫中的表時，系統會進行全表掃描。如果表的數據量很大，則SQL執行效率會過慢，同時占用數據庫連接數，當達到數據庫的最大連接數限制時，新的應用請求將會被拒絕導致出錯。

  • 隱式轉換：指SQL查詢條件中的傳入值與目標字段的數據類型不一致導致索引無法使用，引發慢SQL堆積導致數據庫連接數超出限制。
    常見隱式轉換如：字段的表結構定義為字符類型，但SQL傳入值為數字；或者是字段定義collation為區分大小寫，在多表關聯的場景下，其表的關聯字段大小寫敏感定義各不相同。

注意事項

  • 使用like關鍵字時，前置%會導致索引失效。
  • 使用null值會被自動從索引中排除，索引一般不會建立在有空值的列上。
  • 使用or關鍵字時，or左右字段如果存在一個沒有索引，有索引字段也會失效。
  • 使用!=操作符時，將放棄使用索引。因為范圍不確定，使用索引效率不高，會被引擎自動改為全表掃描。
  • 不要在索引字段進行運算。
  • 在使用復合索引時，最左前綴原則，查詢時必須使用索引的第一個字段，否則索引失效；并且應盡量讓字段順序與索引順序一致。
  • 避免隱式轉換，定義的數據類型與傳入的數據類型保持一致。

索引使用策略

  • 在經常查詢而不經常增刪改操作的字段加索引。
  • order by與group by后應直接使用字段，而且字段應該是索引字段。
  • 一個表上的索引不應該超過6個。
  • 索引字段的長度應固定，且不宜過長。
  • 索引字段不宜有過多重復。
  • 在過濾性高的字段上加索引。

無索引優化案例1

  1. 在數據庫中執行show create table customers;查看表結構。

    1. CREATE TABLE `customers` (
    2. `cust_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    3. `cust_name` char(50) NOT NULL,
    4. `cust_address` char(50) DEFAULT NULL,
    5. `cust_city` char(50) DEFAULT NULL,
    6. `cust_state` char(5) DEFAULT NULL,
    7. `cust_zip` char(10) DEFAULT NULL,
    8. `cust_country` char(50) DEFAULT NULL,
    9. `cust_contact` char(50) DEFAULT NULL,
    10. `cust_email` char(255) DEFAULT NULL,
    11. PRIMARY KEY (`cust_id`),
    12. ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=10006 DEFAULT CHARSET=utf8

  2. 執行explain select * from customers where cust_zip = '44444' limit 0,1 \G;查看目標SQL語句的執行計劃。

    1.          id: 1
    2. select_type: SIMPLE
    3.       table: customers
    4.        type: ALL
    5. possible_keys: NULL
    6.         key: NULL
    7.     key_len: NULL
    8.         ref: NULL
    9.        rows: 505560
    10.       Extra: Using where

    說明：
    從執行計劃可以看到type為ALL，即全表掃描，每次執行需要掃描505560行數據，數據庫的性能消耗非常大。

  3. 執行alter table customers add index idx_cus(cust_zip);添加索引。

  4. 重新執行explain select * from customers where cust_zip = '44444' limit 0,1 \G;查看執行計劃。

    1.          id: 1
    2. select_type: SIMPLE
    3.       table: customers
    4.        type: ref
    5. possible_keys: idx_cus
    6.         key: idx_cus
    7.     key_len: 31
    8.         ref: const
    9.        rows: 4555
    10.       Extra: Using index condition

    說明：
    此時type已變更為ref，即基于索引的等值查詢或者表間等值連接，掃描行數為4555行，大幅優化了查詢速度。

無索引優化案例2

  1. 在數據庫中執行show create table customers;查看表結構。

    1. CREATE TABLE `customers` (
    2. `cust_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    3. `cust_name` char(50) NOT NULL,
    4. `cust_address` char(50) DEFAULT NULL,
    5. `cust_city` char(50) DEFAULT NULL,
    6. `cust_state` char(5) DEFAULT NULL,
    7. `cust_zip` char(10) DEFAULT NULL,
    8. `cust_country` char(50) DEFAULT NULL,
    9. `cust_contact` char(50) DEFAULT NULL,
    10. `cust_email` char(255) DEFAULT NULL,
    11. PRIMARY KEY (`cust_id`),
    12. ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=10006 DEFAULT CHARSET=utf8

  2. 執行explain select cust_id,cust_name,cust_zip from customers where cust_zip = '42222'order by cust_zip,cust_name\G;查看目標SQL語句的執行計劃。

    1.          id: 1
    2. select_type: SIMPLE
    3.       table: customers
    4.        type: ALL
    5. possible_keys: NULL
    6.         key: NULL
    7.     key_len: NULL
    8.         ref: NULL
    9.        rows: 505560
    10.       Extra: Using filesort

  3. 執行alter table customers add index idx_cu_zip_name(cust_zip,cust_name);添加索引。

  4. 重新執行explain select cust_id,cust_name,cust_zip from customers where cust_zip = '42222'order by cust_zip,cust_name\G;查看執行計劃。

    1.          id: 1
    2. select_type: SIMPLE
    3.       table: customers
    4.        type: ref
    5. possible_keys: idx_cu_zip_name
    6.         key: idx_cu_zip_name
    7.     key_len: 31
    8.         ref: const
    9.        rows: 4555
    10.       Extra: Using where; Using index

隱式轉換優化案例1

  1. 在數據庫中執行show create table customers;查看表結構。

    1. CREATE TABLE `customers` (
    2. `cust_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    3. `cust_name` char(50) NOT NULL,
    4. `cust_address` char(50) DEFAULT NULL,
    5. `cust_city` char(50) DEFAULT NULL,
    6. `cust_state` char(5) DEFAULT NULL,
    7. `cust_zip` char(10) DEFAULT NULL,
    8. `cust_country` char(50) DEFAULT NULL,
    9. `cust_contact` char(50) DEFAULT NULL,
    10. `cust_email` char(255) DEFAULT NULL,
    11. PRIMARY KEY (`cust_id`),
    12. ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=10006 DEFAULT CHARSET=utf8

  2. 執行explain select * from customers where cust_zip = 44444 limit 0,1 \G;查看目標SQL語句的執行計劃。

    1.        id: 1
    2. select_type: SIMPLE
    3.      table: customers
    4.       type: ALL
    5. possible_keys: idx_cus
    6.        key: NULL
    7.    key_len: NULL
    8.        ref: NULL
    9.       rows: 505560
    10.      Extra: Using where

  3. 執行show warnings;查詢上一個語句執行后的警告信息。

    1. Warning： Cannot use range access on index 'idx_cus' due to type or collation conversion on field 'cust_zip'

    說明：
    由于cust_zip字段為字符串類型，而應用傳入的是數字，導致隱式轉換，無法使用索引。

  4. 可通過如下兩種方案優化：

    • 將cust_zip字段的數據類型修改為數字類型。
    • 將應用中傳入的數據類型修改為字符串類型。

隱式轉換優化案例2

  1. 在數據庫中執行show create table customers1;和show create table customers2;查看表結構。

    1. CREATE TABLE `customers1` (
    2. `cust_id` varchar(10) CHARACTER SET latin1 COLLATE latin1_bin DEFAULT NULL,
    3. `cust_name` char(50) NOT NULL,
    4. KEY `idx_cu_id` (`cust_id`)
    5. ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8
    1. CREATE TABLE `customers2` (
    2. `cust_id` varchar(10) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin DEFAULT NULL,
    3. `cust_name` char(50) NOT NULL,
    4. KEY `idx_cu_id` (`cust_id`)
    5. ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

  2. 執行explain select customers1.* from customers2 left join customers1 on customers1.cust_id=customers2.cust_id where customers2.cust_id='x'\G;查看目標SQL語句的執行計劃。

    1. *************************** 1. row ***************************
    2.          id: 1
    3. select_type: SIMPLE
    4.       table: customers2
    5.        type: ref
    6. possible_keys: idx_cu_id
    7.         key: idx_cu_id
    8.     key_len: 33
    9.         ref: const
    10.        rows: 1
    11.       Extra: Using where; Using index
    1. *************************** 2. row ***************************
    2.          id: 1
    3. select_type: SIMPLE
    4.       table: customers1
    5.        type: ALL
    6. possible_keys: NULL
    7.         key: NULL
    8.     key_len: NULL
    9.         ref: NULL
    10.        rows: 1
    11.       Extra: Using where; Using join buffer (Block Nested Loop)

    說明：
    兩個表中，cust_id字段的字符集未保持一致，無法使用索引。

  3. 執行alter table customers1 modify column cust_id varchar(10) COLLATE utf8_bin;將customers1中cust_id字段的字符集修改為utf8_bin，保證和customers2中的cust_id字段一致。

    說明：
    執行該語句會同步修改cust_id字段的CHARACTER SET為utf8。

  4. 重新執行explain select customers1.* from customers2 left join customers1 on customers1.cust_id=customers2.cust_id where customers2.cust_id='x'\G;查看執行計劃。

    1. *************************** 1. row ***************************
    2.          id: 1
    3. select_type: SIMPLE
    4.       table: customers2
    5.        type: ref
    6. possible_keys: idx_cu_id
    7.         key: idx_cu_id
    8.     key_len: 33
    9.         ref: const
    10.        rows: 1
    11.       Extra: Using where; Using index
    1. *************************** 2. row ***************************
    2.          id: 1
    3. select_type: SIMPLE
    4.       table: customers1
    5.        type: ref
    6. possible_keys: idx_cu_id
    7.         key: idx_cu_id
    8.     key_len: 33
    9.         ref: const
    10.        rows: 1
    11.       Extra: Using where

    說明：
    表字段的COLLATE一致后執行計劃成功使用了索引。

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