18讲为什么这些SQL语句逻辑相同，性能却差异巨大

            在MySQL中，有很多看上去逻辑相同，但性能却差异巨大的SQL语句。对这些语句使用不当的话，就会不经意间导致整个数据库的压力变大。<br />我今天挑选了三个这样的案例和你分享。希望再遇到相似的问题时，你可以做到举一反三、快速解决问题。

案例一：条件字段函数操作

假设你现在维护了一个交易系统，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。为了便于描述，我们先忽略其他字段。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。
如果你问DBA同事为什么会出现这样的情况，他大概会告诉你：如果对字段做了函数计算，就用不上索引了，这是MySQL的规定。
现在你已经学过了InnoDB的索引结构了，可以再追问一句为什么？为什么条件是where t_modified=’2018-7-1’的时候可以用上索引，而改成where month(t_modified)=7的时候就不行了？
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。
图1 t_modified索引示意图如果你的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，你会看到传入7的时候，在树的第一层就不知道该怎么办了。
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。
需要注意的是，优化器并不是要放弃使用这个索引。
在这个例子里，放弃了树搜索功能，优化器可以选择遍历主键索引，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，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。
接下来，我们使用explain命令，查看一下这条SQL语句的执行结果。
图2 explain 结果key=”t_modified”表示的是，使用了t_modified这个索引；我在测试表数据中插入了10万行数据，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。
也就是说，由于在t_modified字段加了month()函数操作，导致了全索引扫描。为了能够用上索引的快速定位能力，我们就要把SQL语句改成基于字段本身的范围查询。按照下面这个写法，优化器就能按照我们预期的，用上t_modified索引的快速定位能力了。

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');

当然，如果你的系统上线时间更早，或者后面又插入了之后年份的数据的话，你就需要再把其他年份补齐。
到这里我给你说明了，由于加了month()函数操作，MySQL无法再使用索引快速定位功能，而只能使用全索引扫描。
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：隐式类型转换

接下来我再跟你说一说，另一个经常让程序员掉坑里的例子。
我们一起看一下这条SQL语句：

mysql> select * from tradelog where tradeid=110717;

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。你可能也发现了，tradeid的字段类型是varchar(32)，而输入的参数却是整型，所以需要做类型转换。
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？

1. 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，你可能会说，数据库里面类型这么多，这种数据类型转换规则更多，我记不住，应该怎么办呢？
这里有一个简单的方法，看 select “10” > 9的结果：

1. 如果规则是“将字符串转成数字”，那么就是做数字比较，结果应该是1；

1. 如果规则是“将数字转成字符串”，那么就是做字符串比较，结果应该是0。

验证结果如图3所示。
图3 MySQL中字符串和数字转换的效果示意图从图中可知，select “10” > 9返回的是1，所以你就能确认MySQL里的转换规则了：在MySQL中，字符串和数字做比较的话，是将字符串转换成数字。
这时，你再看这个全表扫描的语句：

mysql> select * from tradelog where tradeid=110717;

就知道对于优化器来说，这个语句相当于：

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。
现在，我留给你一个小问题，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";

你可以先自己分析一下，再到数据库里面去验证确认。
接下来，我们再来看一个稍微复杂点的例子。

案例三：隐式字符编码转换

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。为了便于量化分析和复现，我往交易日志表tradelog和交易详情表trade_detail这两个表里插入一些数据。

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;

insert into tradelog values(1, 'aaaaaaaa', 1000, now());
insert into tradelog values(2, 'aaaaaaab', 1000, now());
insert into tradelog values(3, 'aaaaaaac', 1000, now());

insert into trade_detail values(1, 'aaaaaaaa', 1, 'add');
insert into trade_detail values(2, 'aaaaaaaa', 2, 'update');
insert into trade_detail values(3, 'aaaaaaaa', 3, 'commit');
insert into trade_detail values(4, 'aaaaaaab', 1, 'add');
insert into trade_detail values(5, 'aaaaaaab', 2, 'update');
insert into trade_detail values(6, 'aaaaaaab', 3, 'update again');
insert into trade_detail values(7, 'aaaaaaab', 4, 'commit');
insert into trade_detail values(8, 'aaaaaaac', 1, 'add');
insert into trade_detail values(9, 'aaaaaaac', 2, 'update');
insert into trade_detail values(10, 'aaaaaaac', 3, 'update again');
insert into trade_detail values(11, 'aaaaaaac', 4, 'commit');

这时候，如果要查询id=2的交易的所有操作步骤信息，SQL语句可以这么写：

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

图4 语句Q1的explain 结果我们一起来看下这个结果：

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；

1. 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：
图5 语句Q1的执行过程图中：

• 第1步，是根据id在tradelog表里找到L2这一行；
• 第2步，是从L2中取出tradeid字段的值；
• 第3步，是根据tradeid值到trade_detail表中查找条件匹配的行。explain的结果里面第二行的key=NULL表示的就是，这个过程是通过遍历主键索引的方式，一个一个地判断tradeid的值是否匹配。

进行到这里，你会发现第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，这里并没有。
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。这个回答，也是通常你搜索这个问题时会得到的答案。
但是你应该再追问一下，为什么字符集不同就用不上索引呢？
我们说问题是出在执行步骤的第3步，如果单独把这一步改成SQL语句的话，那就是：

mysql> select * from trade_detail where tradeid=$L2.tradeid.value;

其中，$L2.tradeid.value的字符集是utf8mb4。
参照前面的两个例子，你肯定就想到了，字符集utf8mb4是utf8的超集，所以当这两个类型的字符串在做比较的时候，MySQL内部的操作是，先把utf8字符串转成utf8mb4字符集，再做比较。

这个设定很好理解，utf8mb4是utf8的超集。类似地，在程序设计语言里面，做自动类型转换的时候，为了避免数据在转换过程中由于截断导致数据错误，也都是“按数据长度增加的方向”进行转换的。

因此， 在执行上面这个语句的时候，需要将被驱动数据表里的字段一个个地转换成utf8mb4，再跟L2做比较。
也就是说，实际上这个语句等同于下面这个写法：

select * from trade_detail  where CONVERT(traideid USING utf8mb4)=$L2.tradeid.value;

CONVERT()函数，在这里的意思是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：对索引字段做函数操作，优化器会放弃走树搜索功能。
到这里，你终于明确了，字符集不同只是条件之一，连接过程中要求在被驱动表的索引字段上加函数操作，是直接导致对被驱动表做全表扫描的原因。
作为对比验证，我给你提另外一个需求，“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;

图6 explain 结果这个语句里trade_detail 表成了驱动表，但是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。
这也是两个tradeid字段的join操作，为什么这次能用上被驱动表的tradeid索引呢？我们来分析一下。
假设驱动表trade_detail里id=4的行记为R4，那么在连接的时候（图5的第3步），被驱动表tradelog上执行的就是类似这样的SQL 语句：

select operator from tradelog  where traideid =$R4.tradeid.value;

这时候$R4.tradeid.value的字符集是utf8, 按照字符集转换规则，要转成utf8mb4，所以这个过程就被改写成：

select operator from tradelog  where traideid =CONVERT($R4.tradeid.value USING utf8mb4);

你看，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，就可以用来指导操作了。如果要优化语句

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

的执行过程，有两种做法：

• 比较常见的优化方法是，把trade_detail表上的tradeid字段的字符集也改成utf8mb4，这样就没有字符集转换的问题了。 ``` alter table trade_detail modify tradeid varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 default null;

- 如果能够修改字段的字符集的话，是最好不过了。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。

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

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/aa/d6/aa844a7bf35d330b9ec96fc159331bd6.png)
这里，我主动把 l.tradeid转成utf8，就避免了被驱动表上的字符编码转换，从explain结果可以看到，这次索引走对了。
# 小结
今天我给你举了三个例子，其实是在说同一件事儿，即：**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。**<br />第二个例子是隐式类型转换，第三个例子是隐式字符编码转换，它们都跟第一个例子一样，因为要求在索引字段上做函数操作而导致了全索引扫描。<br />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，也不会主动做这个语句重写。<br />因此，每次你的业务代码升级时，把可能出现的、新的SQL语句explain一下，是一个很好的习惯。<br />最后，又到了思考题时间。<br />今天我留给你的课后问题是，你遇到过别的、类似今天我们提到的性能问题吗？你认为原因是什么，又是怎么解决的呢？<br />你可以把你经历和分析写在留言区里，我会在下一篇文章的末尾选取有趣的评论跟大家一起分享和分析。感谢你的收听，也欢迎你把这篇文章分享给更多的朋友一起阅读。
# 上期问题时间
我在上篇文章的最后，留给你的问题是：我们文章中最后的一个方案是，通过三次limit Y,1 来得到需要的数据，你觉得有没有进一步的优化方法。<br />这里我给出一种方法，取Y1、Y2和Y3里面最大的一个数，记为M，最小的一个数记为N，然后执行下面这条SQL语句：

mysql> select * from t limit N, M-N+1;

``` 再加上取整个表总行数的C行，这个方案的扫描行数总共只需要C+M+1行。
当然也可以先取回id值，在应用中确定了三个id值以后，再执行三次where id=X的语句也是可以的。@倪大人 同学在评论区就提到了这个方法。
这次评论区出现了很多很棒的留言：

@老杨同志 提出了重新整理的方法、@雪中鼠[悠闲] 提到了用rowid的方法，是类似的思路，就是让表里面保存一个无空洞的自增值，这样就可以用我们的随机算法1来实现； @吴宇晨 提到了拿到第一个值以后，用id迭代往下找的方案，利用了主键索引的有序性。

        ## 精选留言

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                    老杨同志对应今天的隐式类型转换问题也踩过坑。我们有个任务表记录待执行任务，表结构简化后如下：CREATE TABLE `task` (  `task_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',  `task_type` int(11) DEFAULT NULL COMMENT '任务类型id',  `task_rfid` varchar(50) COLLATE utf8_unicode_ci DEFAULT NULL COMMENT '关联外键1',  PRIMARY KEY (`task_id`)) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_unicode_ci COMMENT='任务表';task_rfid 是业务主键，当然都是数字，查询时使用sql：select * from task where task_rfid =123;其实这个语句也有隐式转换问题，但是待执行任务只有几千条记录，并没有什么感觉。这个表还有个对应的历史表，数据有几千万忽然有一天，想查一下历史记录，执行语句select * from task_history where task_rfid =99;直接就等待很长时间后超时报错了。如果仔细看，其实我的表没有task_rfid 索引，写成task_rfid =‘99’也一样是全表扫描。运维时的套路是，猜测主键task_id的范围，怎么猜，我原表有creat_time字段，我会先查select max(task_id) from task_history   然后再看看 select * from task_history  where task_id = maxId - 10000的时间，估计出大概的id范围。然后语句变成select * from task_history where task_rfid =99 and id between ？ and ？; 
  

2018-12-24 10:47作者回复你最后这个id预估，加上between ，有种神来之笔的感觉😄感觉隐约里面有二分法的思想👍🏿

2018-12-24 11:46

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                    可凡不凡2.如果在用一个 MySQL 关键字做字段,并且字段上索引,当我用这个索引作为唯一查询条件的时候 ,会 造  成隐式的转换吗? 例如:SELECT * FROM b_side_order WHERE CODE = 332924 ; (code 上有索引)3. mysql5.6  code 上有索引  intime 上没有索引语句一:SELECT * FROM b_side_order WHERE CODE = 332924 ;语句二;  UPDATE b_side_order SET in_time = '2018-08-04 08:34:44' WHERE 1=2 or CODE = 332924;这两个语句 执行计划走 select 走了索引,update 没有走索引 是执行计划的bug 吗??  
  

2018-12-25 09:10作者回复1. 你好😄2. CODE不是关键字呀， 另外优化器选择跟关键字无关哈，关键字的话，要用 反‘ 括起来3. 不是bug, update如果把 or 改成 and , 就能走索引😄

2018-12-25 09:49

•                   赖阿甘图6上面那句sql是不是写错了。d.tradeid=l.tradeid是不是该写成l.tradeid = d.tradeid？不然函数会作用在索引字段上，就只能全表扫描了 
  

2018-12-24 13:48作者回复这个问题不是等号顺序决定的哈好问题

2018-12-24 16:13

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                    Leon📷<br />2018-12-24 10:42作者回复精辟😄<br />2018-12-24 11:43
  

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                    可凡不凡 
  

2018-12-24 13:49作者回复额，你是第三个提这个问题的了，我得好好考虑下安排😄
2018-12-24 16:24

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                    某、人一.字段发生了转换,导致本该使用索引而没有用到索引1.条件字段函数操作2.隐式类型转换3.隐式字符编码转换(如果驱动表的字符集比被驱动表得字符集小，关联列就能用到索引,如果更大,需要发生隐式编码转换,则不能用到索引,latin<gbk<utf8<utf8mb4)二.嵌套循环,驱动表与被驱动表选择错误1.连接列上没有索引,导致大表驱动小表,或者小表驱动大表(但是大表走的是全表扫描) --连接列上建立索引2.连接列上虽然有索引,但是驱动表任然选择错误。--通过straight_join强制选择关联表顺序3.子查询导致先执行外表在执行子查询,也是驱动表与被驱动表选择错误。 --可以考虑把子查询改写为内连接,或者改写内联视图(子查询放在from后组成一个临时表,在于其他表进行关联)4.只需要内连接的语句,但是写成了左连接或者右连接。比如select * from t left join b on t.id=b.id where b.name='abc'驱动表被固定,大概率会扫描更多的行,导致效率降低.   --根据业务情况或sql情况,把左连接或者右连接改写为内连接三.索引选择不同,造成性能差异较大1.select * from t where aid= and create_name>'' order by id limit 1;选择走id索引或者选择走(aid,create_time)索引,性能差异较大.结果集都有可能不一致--这个可以通过where条件过滤的值多少来大概判断,该走哪个索引四.其它一些因素1.比如之前学习到的是否有MDL X锁2.innodb_buffer_pool设置得太小,innodb_io_capacity设置得太小,刷脏速度跟不上3.是否是对表做了DML语句之后,马上做select,导致change buffer收益不高4.是否有数据空洞5.select选取的数据是否在buffer_pool中6.硬件原因,资源抢占原因多种多样,还需要慢慢补充。老师我问一个问题:连接列上一个是int一个是bigint或者一个是char一个varchar,为什么被驱动表上会出现(using index condition)? 
  

2018-12-24 16:21

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                    探索无止境<br />2018-12-25 08:49
  

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                    匿名的朋友<br />2019-01-05 17:34作者回复有，先where ,再order by 最后limit <br />2019-01-05 20:05
  

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                    Destroy、这个语句也不是取3条记录。 没理解。 
  

2018-12-27 17:44作者回复取其中三条…
2018-12-27 18:05

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                    大坤<br />2018-12-25 09:18作者回复总体来说就是判断哪种方式消耗更小，选哪种
  

2018-12-25 09:41

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                    Leon📷<br />2018-12-25 09:15作者回复有没有好的业务表的设计，这类问题我第一次听到，能不能展开一下，这样说不要清楚面试官的考核点是啥…<br />2018-12-25 09:45
  

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                    果然如此<br />2018-12-25 08:54作者回复内存里准备个set这样的数据结构，重读的不算，这样可以不😄<br />2018-12-25 09:51
  

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                    长杰mysql> select * from t limit N, M-N+1;再加上取整个表总行数的 C 行，这个方案的扫描行数总共只需要 C+M 行。优化后的方案应该是C+M+1行吧？ 
  

2018-12-24 22:22作者回复你说的对👍🏿，我改下
2018-12-25 10:01

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                    asdf100优化器如何对比的，根据参与字段字段类型占用空间大小吗？ 
  

2018-12-24 13:02作者回复优化器信息是引擎给的，引擎是这么判断的

2018-12-24 16:14

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                    约书亚 
  

2018-12-24 08:44作者回复可以简单看where之后剩下的行数（预判不一定准哈）

2018-12-24 16:17

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                    zeusoulCREATE TABLE `user` (  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `name` varchar(20) CHARACTER SET latin1 DEFAULT NULL,  `simuid` varchar(50) CHARACTER SET latin1 NOT NULL DEFAULT '',  PRIMARY KEY (`id`)) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=5 DEFAULT CHARSET=utf8;INSERT INTO `user` (`id`, `name`, `simuid`)VALUES    (1, 'ccc', '6441760021201308940'),    (3, 'bb', '6441760021201308941'),    (4, 'bb', '6441760021201308942');select * from user where simuid = 6441760021201308940;查询结果：1    ccc    64417600212013089403    bb    64417600212013089414    bb    6441760021201308942如果查询：select * from user where simuid = '6441760021201308940';则查询结果为：1    ccc    6441760021201308940 
  

2019-01-09 21:51

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                    运斤成风<br />2019-01-09 07:09作者回复没有。。<br />2019-01-10 19:17
  

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                    运斤成风<br />2019-01-09 06:50作者回复只要是要“使用树搜索的索引字段”，都不应该有函数操作<br />2019-01-10 19:17
  

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                    雪候鸟<br />2019-01-08 18:37
  

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                    雪候鸟<br />2019-01-08 18:23