深入理解 MySQL：快速学会分析SQL执行效率
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2021-05-29 17:46
作者 |马听老师
来源 |慕课专栏《一线数据库工程师带你深入理解 MySQL》
本文首先会一起讨论一下 SQL 优化，然后分享如何定位慢查询和如何分析 SQl 执行效率，并用一些简单的例子让大家学会这些分析技巧。
在工作中可能会遇到某个新功能在测试时需要很久才返回结果，这时就应该分析是不是慢查询导致的。如果确实有慢查询，又应该怎么去分析 SQL 执行效率呢？这一篇文章我们就来学习怎么找到慢查询和怎么分析 SQL 执行效率。
1 定位慢 SQL
当我们实际工作中，碰到某个功能或者某个接口需要很久才能返回结果，我们就应该去确定是不是慢查询导致的。定位慢 SQL 有如下两种解决方案：
查看慢查询日志确定已经执行完的慢查询
show processlist 查看正在执行的慢查询
我们一起来了解下这两种方法的使用场景和使用技巧吧！
1.1 通过慢查询日志
如果需要定位到慢查询，一般的方法是通过慢查询日志来查询的，MySQL 的慢查询日志用来记录在 MySQL 中响应时间超过参数 long_query_time（单位秒，默认值 10）设置的值并且扫描记录数不小于 min_examined_row_limit（默认值0）的语句，能够帮我们找到执行完的慢查询，方便我们对这些 SQL 进行优化。
知识扩展：
默认情况下，慢查询日志中不会记录管理语句，可通过设置 log_slow_admin_statements = on 让管理语句中的慢查询也会记录到慢查询日志中。
默认情况下，也不会记录查询时间不超过 long_query_time 但是不使用索引的语句，可通过配置log_queries_not_using_indexes = on 让不使用索引的 SQL 都被记录到慢查询日志中（即使查询时间没超过 long_query_time 配置的值）。
如果需要使用慢查询日志，一般分为四步：开启慢查询日志、设置慢查询阀值、确定慢查询日志路径、确定慢查询日志的文件名。下面我们来学习下:
首先开启慢查询日志，由参数 slow_query_log 决定是否开启，在 MySQL 命令行下输入下面的命令：
mysql> set global slow_query_log = on;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
默认环境下，慢查询日志是关闭的。
设置慢查询时间阀值
mysql> set global long_query_time = 1;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
知识扩展：
MySQL 中 long_query_time 的值如何确定呢？线上业务一般建议把 long_query_time 设置为 1 秒，如果某个业务的 MySQL 要求比较高的 QPS，可设置慢查询为 0.1 秒。发现慢查询及时优化或者提醒开发改写。
一般测试环境建议 long_query_time 设置的阀值比生产环境的小，比如生产环境是 1 秒，则测试环境建议配置成 0.5 秒。便于在测试环境及时发现一些效率低的 SQL。
甚至某些重要业务测试环境 long_query_time 可以设置为 0，以便记录所有语句。并留意慢查询日志的输出，上线前的功能测试完成后，分析慢查询日志每类语句的输出，重点关注 Rows_examined（语句执行期间从存储引擎读取的行数），提前优化。
确定慢查询日志路径
慢查询日志的路径默认是 MySQL 的数据目录
mysql> show global variables like "datadir";
+---------------+------------------------+
| Variable_name | Value |
+---------------+------------------------+
| datadir | /data/mysql/data/3306/ |
+---------------+------------------------+
1 row in set (0.00 sec)
确定慢查询日志的文件名
mysql> show global variables like "slow_query_log_file";
+---------------------+----------------+
| Variable_name | Value |
+---------------------+----------------+
| slow_query_log_file | mysql-slow.log |
+---------------------+----------------+
1 row in set (0.00 sec)
根据上面的查询结果，可以直接查看 /data/mysql/data/3306/mysql-slow.log 文件获取已经执行完的慢查询
[root@mysqltest ~]# tail -n5 /data/mysql/data/3306/mysql-slow.log
Time: 2019-05-21T09:15:06.255554+08:00
User@Host: root[root] @ localhost [] Id: 8591152
Query_time: 10.000260 Lock_time: 0.000000 Rows_sent: 1 Rows_examined: 0
SET timestamp=1558401306;
select sleep(10);
这里对上方的执行结果详细描述一下：
tail -n5：只查看慢查询文件的最后5行
Time：慢查询发生的时间
User@Host：客户端用户和IP
Query_time：查询时间
Lock_time：等待表锁的时间
Rows_sent：语句返回的行数
Rows_examined：语句执行期间从存储引擎读取的行数
上面这种方式是用系统自带的慢查询日志查看的，如果觉得系统自带的慢查询日志不方便查看，小伙伴们可以使用 pt-query-digest 或者 mysqldumpslow 等工具对慢查询日志进行分析，由于本节重点是找到慢查询，这里就不一一示例了。
1.2 通过 show processlist;
有时慢查询正在执行，已经导致数据库负载偏高了，而由于慢查询还没执行完，因此慢查询日志还看不到任何语句。此时可以使用 show processlist 命令判断正在执行的慢查询。show processlist 显示哪些线程正在运行。如果有 PROCESS 权限，则可以看到所有线程。否则，只能看到当前会话的线程。
知识扩展：如果不使用 FULL 关键字，在 info 字段中只显示每个语句的前 100 个字符，如果想看语句的全部内容可以使用 full 修饰（show full processlist）。
执行结果如下：
mysql> show processlist\G`
`......`
`*************************** 10. row ***************************`
`Id: 7651833`
`User: one`
`Host: 192.168.1.251:52154`
`db: ops`
`Command: Query`
`Time: 3`
`State: User sleep`
`Info: select sleep(10)`
`......`
`10 rows in set (0.00 sec)`
这里对上面结果解释一下：
Time：表示执行时间
Info：表示 SQL 语句
我们这里可以通过它的执行时间（Time）来判断是否是慢 SQL。
2 使用 explain 分析慢查询
分析 SQL 执行效率是优化 SQL 的重要手段，通过上面讲的两种方法，定位到慢查询语句后，我们就要开始分析 SQL 执行效率了，子曾经曰过：“工欲善其事，必先利其器”，我们可以通过 explain、show profile 和 trace 等诊断工具来分析慢查询。本节先讲解 explain 的使用，在下节将分享 show profile 和 trace 的使用。
Explain 可以获取 MySQL 中 SQL 语句的执行计划，比如语句是否使用了关联查询、是否使用了索引、扫描行数等。可以帮我们选择更好地索引和写出更优的 SQL 。使用方法：在查询语句前面加上 explain 运行就可以了。
这也是分析 SQL 时最常用的，也是作者最推荐的一种分析慢查询的方式。下面我们来看下示例~~
为了便于理解，先创建两张测试表（方便第 1、2 节实验使用），建表及数据写入语句如下：
CREATE DATABASE muke; /* 创建测试使用的database，名为muke */
use muke; /* 使用muke这个database */
drop table if exists t1; /* 如果表t1存在则删除表t1 */
CREATE TABLE `t1` ( /* 创建表t1 */
`id` int(11) NOT NULL auto_increment,
`a` int(11) DEFAULT NULL,
`b` int(11) DEFAULT NULL,
`create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '记录创建时间',
`update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '记录更新时间',
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_a` (`a`),
KEY `idx_b` (`b`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
drop procedure if exists insert_t1; /* 如果存在存储过程insert_t1，则删除 */
delimiter ;;
create procedure insert_t1() /* 创建存储过程insert_t1 */
begin
declare i int; /* 声明变量i */
set i=1; /* 设置i的初始值为1 */
while(i<=1000)do /* 对满足i<=1000的值进行while循环 */
insert into t1(a,b) values(i, i); /* 写入表t1中a、b两个字段，值都为i当前的值 */
set i=i+1; /* 将i加1 */
end while;
end;;
delimiter ; /* 创建批量写入1000条数据到表t1的存储过程insert_t1 */
call insert_t1(); /* 运行存储过程insert_t1 */
drop table if exists t2; /* 如果表t2存在则删除表t2 */
create table t2 like t1; /* 创建表t2，表结构与t1一致 */
insert into t2 select * from t1; /* 将表t1的数据导入到t2 */
下面尝试使用 explain 分析一条 SQL，例子如下：
mysql> explain select * from t1 where b=100;
Explain 的结果各字段解释如下：
加粗的列为需要重点关注的项。
| 列名 | 解释 |
|---|---|
| id | 查询编号 |
| select_type | 查询类型：显示本行是简单还是复杂查询 |
| table | 涉及到的表 |
| partitions | 匹配的分区：查询将匹配记录所在的分区。仅当使用 partition 关键字时才显示该列。对于非分区表，该值为 NULL。 |
| type | 本次查询的表连接类型 |
| possible_keys | 可能选择的索引 |
| key | 实际选择的索引 |
| key_len | 被选择的索引长度：一般用于判断联合索引有多少列被选择了 |
| ref | 与索引比较的列 |
| rows | 预计需要扫描的行数，对 InnoDB 来说，这个值是估值，并不一定准确 |
| filtered | 按条件筛选的行的百分比 |
| Extra | 附加信息 |
其中 explain 各列都有各种不同的值，这里介绍几个比较重要列常包含的值:包含 select_typ、type 和 Extra。
下面将列出它们常见的一些值，可稍微过一遍，不需要完全记下来，在后续章节分析 SQL 时，可以返回查询本节内容并对比各种值的区别。
2.1 select_type
| select_type 的值 | 解释 |
|---|---|
| SIMPLE | 简单查询(不使用关联查询或子查询) |
| PRIMARY | 如果包含关联查询或者子查询，则最外层的查询部分标记为primary |
| UNION | 联合查询中第二个及后面的查询 |
| DEPENDENT UNION | 满足依赖外部的关联查询中第二个及以后的查询 |
| UNION RESULT | 联合查询的结果 |
| SUBQUERY | 子查询中的第一个查询 |
| DEPENDENT SUBQUERY | 子查询中的第一个查询，并且依赖外部查询 |
| DERIVED | 用到派生表的查询 |
| MATERIALIZED | 被物化的子查询 |
| UNCACHEABLE SUBQUERY | 一个子查询的结果不能被缓存，必须重新评估外层查询的每一行 |
| UNCACHEABLE UNION | 关联查询第二个或后面的语句属于不可缓存的子查询 |
2.2 type
| type的值 | 解释 |
|---|---|
| system | 查询对象表只有一行数据,且只能用于 MyISAM 和 Memory 引擎的表，这是最好的情况 |
| const | 基于主键或唯一索引查询，最多返回一条结果 |
| eq_ref | 表连接时基于主键或非 NULL 的唯一索引完成扫描 |
| ref | 基于普通索引的等值查询，或者表间等值连接 |
| fulltext | 全文检索 |
| ref_or_null | 表连接类型是 ref，但进行扫描的索引列中可能包含 NULL 值 |
| index_merge | 利用多个索引 |
| unique_subquery | 子查询中使用唯一索引 |
| index_subquery | 子查询中使用普通索引 |
| range | 利用索引进行范围查询 |
| index | 全索引扫描 |
| ALL | 全表扫描 |
上表的这些情况，查询性能从上到下依次是最好到最差。
2.3 Extra
| Extra 常见的值 | 解释 | 例子 |
|---|---|---|
| Using filesort | 将用外部排序而不是索引排序，数据较小时从内存排序，否则需要在磁盘完成排序 | explain select * from t1 order by create_time; |
| Using temporary | 需要创建一个临时表来存储结构，通常发生对没有索引的列进行 GROUP BY 时 | explain select * from t1 group by create_time; |
| Using index | 使用覆盖索引 | explain select a from t1 where a=111; |
| Using where | 使用 where 语句来处理结果 | explain select * from t1 where create_time=‘2019-06-18 14:38:24’; |
| Impossible WHERE | 对 where 子句判断的结果总是 false 而不能选择任何数据 | explain select * from t1 where 1<0; |
| Using join buffer (Block Nested Loop) | 关联查询中，被驱动表的关联字段没索引 | explain select * from t1 straight_join t2 on (t1.create_time=t2.create_time); |
| Using index condition | 先条件过滤索引，再查数据 | explain select * from t1 where a >900 and a like “%9”; |
| Select tables optimized away | 使用某些聚合函数（比如 max、min）来访问存在索引的某个字段是 | explain select max(a) from t1; |
3 总结
今天我分享的关于定位慢 SQL 及使用 explain 分析慢 SQL 到这里就结束了。本节知识点总结如下：
本节首先讲到如何定位慢 SQL:
一种方法是查看慢查询日志
另一种方法是 show process 查看正在执行的 SQL
再讲到通过 explain 分析慢 SQL，explain 会返回很多字段，其中 select_type、type、key、rows、Extra 是重点关注项。
在工作中及面试时，SQL 性能优化都是我们经常遇到的问题，要想做好性能优化，我们必须学会使用 SQL 优化时需要的工具，进行定位和分析。由于篇幅的问题，本小节只介绍了 explain 工具的使用，在下节将补充另外两种分析慢查询的工具：show profile 和 trace。在后面我会再讲解 SQL 优化的一些知识点，相信小伙伴们 SQL 性能优化时一定可以越来越熟练。
最后小伙伴们可以将处理问题时的心得体会进行总结，也欢迎给我留言分享，我们一起来交流、学习、进步。
参考资料：《深入浅出 MySQL》（第2版）：第 18 章第 1 节
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