Group by 优化
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2021-02-02 09:23
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作者 | 等不到的口琴
来源 | urlify.cn/YFbyQv
一个标准的 Group by 语句包含排序、分组、聚合函数，比如 select a,count(*) from t group by a ; 这个语句默认使用 a 进行排序。如果 a 列没有索引，那么就会创建临时表来统计 a和 count(*)，然后再通过 sort_buffer 按 a 进行排序。
标准的执行流程
结构：
create table t1(id int primary key, a int, b int, index(a));
delimiter ;;
create procedure idata()
begin
declare i int;
set i=1;
while(i<=1000)do
insert into t1 values(i, i, i);
set i=i+1;
end while;
end;;
delimiter ;
call idata();
函数就是向 t1 中插入1000条语句，从(1,1,1) 到(1000,1000,1000)。
执行 select id%10 as m, count(*) as c from t1 group by m;
解析：
Using index，表示这个语句使用了覆盖索引，选择了索引 a，不需要回表；
Using temporary，表示使用了临时表；
Using filesort，表示需要排序。
过程：
1、创建内存临时表，表里有两个字段 m 和 c，主键是 m；
2、扫描表 t1 的索引 a，依次取出叶子节点上的 id 值，计算 id%10 的结果，记为 x；
1）如果临时表中没有主键为 x 的行，就插入一个记录 (x,1);
2）如果表中有主键为 x 的行，就将 x 这一行的 c 值加 1；
第2 步如果发现内存临时表存储的总字段长度到达参数 tmp_table_size 设置的大小，那么就会将内存临时表升级为磁盘临时表，然后重新开始遍历计算。
3、遍历完成后，再根据字段 m 做排序，得到结果集返回给客户端。
最后的排序就是下图虚线框中的操作，如果 sort_buffer 设置的大小不够大，那么就会使用临时表来辅助排序。
优化
未优化（也就是分组列没有索引）的 group by 的总过程可以概括为：因为数据是无序的，所以需要创建临时表，然后一个一个判断属于哪个分组，最后再根据分组列进行排序。所以，优化可以有两个思路：
去掉排序
在明确返回的数据不需要排序的情况下，可以禁止排序，也就是将上面的语句改成 select a,count(*) from t group by a order by null。
顺序排列
如果记录都按照排序字段排序，那么数据就变成了下面的结构：
这样在实际获取要返回的字段或计算聚合函数时，只需要按顺序依次访问，等到列值变成下一个就知道当前组访问结束，将之前统计的数据直接返回。这样就避免了创建临时表，同时排序也不需要使用 sort_buffer 进行额外排序。这样就极大地提高了执行的效率。
实现
1、如果分组字段适合创建索引就直接为分组字段创建索引。
MySQL 5.7 版本支持了 generated column 机制，用来实现列数据的关联更新。你可以用下面的方法创建一个列 z，然后在 z 列上创建一个索引（如果是 MySQL 5.6 及之前的版本，你也可以创建普通列和索引，来解决这个问题）
alter table t1 add column z int generated always as(id % 100), add index(z);
然后解析：
这时没有用到临时表和额外排序，所以性能提升。
2、如果分组字段不适合（使用率很低），那么可以使用 SQL_BIG_RESULT 来尝试优化。
在 group by 语句中加入 SQL_BIG_RESULT 这个提示（hint），就可以告诉优化器：这个语句涉及的数据量很大，请直接用磁盘临时表。MySQL 的优化器一看，磁盘临时表是 B+ 树存储，存储效率不如数组来得高。所以，既然使用SQL_BIG_RESULT来说明数据量很大，那从磁盘空间考虑，还是直接用数组来存吧。所以在使用 SQL_BIG_RESULT 后优化器会使用数组结构的磁盘临时表。
但是如果在未达到磁盘临时表的使用条件是不会使用磁盘临时表的，也就是在 sort_buffer 空间能够存储要返回和排序的总字段长度时，就使用数组结构的 sort_buffer ，如果总字段超过 sort_buffer 大小，那么就再加上数组结构的磁盘临时表来帮助排序。
那么在 sort_buffer 空间足够的情况下， sort_buffer 内部就会对数据进行排序，这样也就起到了索引的作用，
还是以上面的例子来看，使用 SQL_BIG_RESULT
alter table t1 add column z int generated always as(id % 100), add index(z);
具体过程如下：
1、初始化 sort_buffer，确定放入一个整型字段，记为 m；
2、扫描表 t1 的索引 a，依次取出里面的 id 值, 将 id%10 的值存入 sort_buffer 中；
3、扫描完成后，对 sort_buffer 的字段 m 做排序（如果 sort_buffer 内存不够用，就会利用磁盘临时文件辅助排序）；
4、排序完成后，就得到了一个有序数组。
解析：
可以看到此时就没有使用临时表了，而是直接使用 sort_buffer 进行排序，这样就省去了使用临时表带来的性能消耗。
总结
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；那么一般情况就不需要使用临时表了（上面两个优化都是在要求排序的前提下提出的优化方式）
2、尽量让 group by 过程用上表的索引，确认方法是 explain 结果里没有 Using temporary 和 Using filesort；
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。
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