【MySQL从入门到精通】【高级篇】（二十八）子查询优化，排序优化，GROUP BY优化和分页查询优化

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1. 简介

上一篇文章我们介绍了 1024程序员节|【MySQL从入门到精通】【高级篇】（二十七）外连接和内连接如何进行查询优化呢？join的原理了解一波，这篇文章我们接着来学习，本文主要学习的是子查询优化，排序优化，GROUP BY优化以及分页查询优化。

测试数据

1. 测试表 student表中有50万条数据
2. 测试表 class表中有1万条数据

1.子查询优化

MySQL从4.1版本开始支持子查询，使用子查询可以进行SELECT 语句的嵌套查询，即一个SELECT 查询的结果作为另一个SELECT 语句的条件。子查询可以一次性完成很多逻辑上需要多个步骤才能完成的SQL操作。

子查询是MySQL的一项重要的功能，可以帮助我们通过一个SQL语句实现比较复杂的查询。但是，子查询的执行效率不高。 原因：

1. 执行子查询时，MySQL需要为内层查询语句的查询结果建立一个临时表，然后外层查询语句从临时表中查询记录。查询完毕后，再撤销这些临时表。这样会消耗过多的CPU和IO资源，产生大量的慢查询。
2. 子查询的结果集存储在临时表，不论是内存临时表还是磁盘临时表都不会存在索引，所以查询性能会受到一定的影响。
3. 对于返回结果集比较大的子查询，其对查询性能的影响也就越大。
   在MySQL中，可以使用连接（JOIN）查询来替代子查询。 连接查询不需要建立临时表，其速度比子查询要快，如果查询中使用索引的话，性能就会更好。

举例1：查询学生表中是班长的学生信息

1. 使用子查询

-- 查询学生表中是班长的学生信息
CREATE INDEX idx_monitor ON class(monitor);
-- 使用子查询
EXPLAIN SELECT * FROM student stu1 WHERE stu1.stuno IN(SELECT monitor FROM class c WHERE monitor IS NOT NULL);
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这里可以看出使用使用子查询的耗时是 。0.33秒。
接下来看下使用多表关联查询

-- 使用多表关联查询
EXPLAIN SELECT stu1.* FROM student stu1 JOIN class c ON c.monitor IS NOT NULL AND stu1.stuno=c.monitor;
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可以看出使用多表关联查询的比子查询要耗时，两个表的索引情况如下，在student表中的stuno字段没有添加索引，所以关联的时候会比较耗时。
给student表的stuno字段添加索引

CREATE INDEX idex_stuno ON student(stuno);
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下面就给student表中的stuno字段添加索引再看下效果。两者的速度都比较快

如果子查询的表数据比较少，子查询的结果比较少的话可以使用子查询。否则可以考虑使用多表关联，但是关联的字段必须要建立索引，比如关联查询效果比子查询还要差。

举例2：取所有不为班长的同学

 SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student stu1 WHERE stu1.stuno NOT IN(SELECT monitor FROM class c WHERE monitor IS NOT NULL);
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可以看出使用关联查询的效果非常差，查询时间高达2.086s。

SELECT SQL_NO_CACHE stu1.* FROM student stu1 LEFT JOIN class c ON  stu1.stuno=c.monitor AND c.monitor IS NULL ;

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使用关联查询则好一点。

2. 排序优化

问题：在WHERE条件字段上加索引，但是为什么在ORDER BY字段上还要加索引呢？
回答：在MySQL中，支持两种排序方式，分别为FileSort和Index排序。

• Index排序中，索引可以保证数据的有序性，不需要再进行排序，效率更高。
• FileSort排序则一般在内存中进行排序，占用CPU比较多，如果待排结果较大，会产生临时文件I/O到磁盘进行排序的情况，效率较低。

过程一：删除两个表的索引，写一个普通的排序查询

ALTER TABLE student DROP INDEX idex_stuno;
ALTER TABLE class DROP INDEX   idx_monitor;
-- 过程一
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId;
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可以看出没有索引的情况下，排序使用的是 filesort 排序，也就是在内存中排序。

过程二，创建索引，order by时不limit，索引失效

下面在student表中创建idx_age_classid_name索引。

CREATE INDEX idx_age_classid_name ON student(age,classId,`name`);
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId;
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可以看出使用的排序方式还是 filesort的方式，也就以为着索引失效了。
增加limit过滤条件，使用上索引了。

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId LIMIT 1000;
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过程三：ORDER BY时顺序错误，索引失效

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age DESC,classId LIMIT 1000;
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过程五：无过滤，不索引

SHOW INDEX FROM student;
# 索引有效
EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE age=45 ORDER BY classId;
#索引有效
EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE age=45 ORDER BY classId LIMIT 10;
# 索引无效
EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE classId=45 ORDER BY classId LIMIT 10;
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优化建议：

1. SQL中，可以在WHERE子句和ORDER BY子句中使用索引，目的是WHERE子句中避免全表扫描，在ORDER BY子句避免使用FileSort排序。，当然，某些情况下全表扫描，或者FileSort排序不一定比索引慢。但总的来说，我们还是要避免，以提高查询效率。
2. 尽量使用Index完成ORDER BY排序。如果WHERE和ORDER BY 后面是相同的列就使用单索引列；如果不同就使用联合索引。
3. 无法使用Index时，需要对FileSort方式进行调优。

小结

INDEX a_b_c(a,b,c)
ORDER BY 能使用索引最左前缀
- ORDER BY a
- ORDER BY a,b
- ORDER BY a,b,c
- ORDER BY a DESC,b DESC,c DESC

如果WHERE使用索引的最左前缀定义为常量，则order by能使用索引
- WHERE a=const ORDER BY b,c
- WHERE a=const AND b=const ORDER BY c
- WHERE a=const ORDER BY b,c
- WHERE a=const AND b>const ORDER BY b,c

不能使用索引进行排序
-ORDER BY a ASC,b DESC,c DESC  /*排序不一致*/
- WHERE b=const ORDER b,c /*丢失a索引*/
- WHERE a=const ORDER BY c /*丢失b索引*/
- WHERE a=const ORDER BY a,d /*d不是索引的一部分*/
- WHERE a in (...) ORDER BY b,c /*对于排序来说，多个相等条件也是范围查询*/
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排序优化实战

ORDER BY子句，尽量使用index方式，避免使用FileSort方式排序。
执行案例前先清除student上的索引，只留主键：
场景：查询年龄为30岁的，且学生编号小于101000的学生，按用户名称排序

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND stuno<101000 ORDER BY NAME;
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结论：type是ALL，即最坏的情况，Extra里出现了Using filesort也是最坏的情况，优化是必须的。
优化思路：
方案一：为了去掉filesort我们可以把索引建成如下这样：

CREATE INDEX idx_age_name ON student(age,`name`);
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND stuno<101000 ORDER BY NAME;
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这样就优化掉了using filesort。

3. GROUP BY优化

• group by 使用索引的原则几乎跟order by一致，group by即使没有过滤条件用到索引，也可以直接使用索引。
• group by先排序在分组，遵照索引建的最佳左前缀法则
• 当无法使用索引列，增大max_length_for_sort_data 和sort_buffer_size 参数的设置
• where效率高于having，能写在where限定的条件就不要写在having中了
• 减少使用order by，和业务沟通能不排序就不排序，或者将排序放在程序端去做，order by、group by、distinct这些语句较为耗费CPU，数据库的CPU资源极其宝贵。
• 包含了order by、group by、distinct这些查询的语句，where条件过滤出来的结果集请保存在1000行以内，否则SQL会很慢。

4. 优化分页查询

一般分页查询时，通过创建覆盖索引能够比较好地提高性能。一个常见又非常头疼的问题就是limit 200000,10，此时需要MySQL排序前200010记录，仅仅返回200000~200010 的记录，其他记录丢弃，查询排序的代价非常大。

EXPLAIN SELECT * FROM student LIMIT 200000,10;
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这里全表扫描，共计扫描了499086条数据。

优化思路一：

在索引上完成排序分页操作，最后根据主键关联回原表查询所需要的其他列内容。

EXPLAIN SELECT * FROM student t,(SELECT id FROM student ORDER BY id LIMIT 200000,10) t1
WHERE t.id=t1.id;
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优化思路二：

该方案适用于自增的表，可以将limit查询转换成某个位置的查询。

EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE id>200000 LIMIT 10;
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总结