MySQL の結合ステートメントのアルゴリズムと最適化方法についての深い理解

この記事では、MySQL の結合ステートメントのアルゴリズムを理解し、結合ステートメントを最適化する方法を紹介します。

#1. 結合ステートメントのアルゴリズム

2 つのテーブル t1 と t2 を作成します

CREATE TABLE `t2` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `a` int(11) DEFAULT NULL,
  `b` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `a` (`a`)
) ENGINE=InnoDB;

CREATE DEFINER=`root`@`%` PROCEDURE `idata`()
BEGIN
	declare i int;
  set i=1;
  while(i<=1000)do
    insert into t2 values(i, i, i);
    set i=i+1;
  end while;
END

create table t1 like t2;
insert into t1 (select * from t2 where id<=100);

これら 2 つのテーブルは次のとおりです。主キーのインデックス ID とインデックス a ですが、フィールド b にはインデックスがありません。ストアド プロシージャ idata() は、テーブル t2 に 1000 行のデータを挿入し、テーブル t1

1 に 100 行のデータを挿入します。インデックス ネストループ結合

select * from t1 straight_join t2 on (t1.a=t2.a);

If join ステートメントを直接使用すると、MySQL オプティマイザは駆動テーブルとしてテーブル t1 または t2 を選択し、MySQL に固定接続メソッドを使用させて、straight_join を通じてクエリを実行します。このステートメントでは、t1 が駆動テーブルで、t2 が駆動テーブルです。 table

駆動テーブル t2 のフィールド a にはインデックスがあり、結合プロセスではこのインデックスが使用されるため、このステートメントの実行フローは次のとおりです。

1. テーブル t1 から R

2 のデータ行を読み込み、データ行 R から a フィールドを取り出し、テーブル t2

3 内で検索し、条件を満たす行を取り出します。テーブル t2 の条件を入力し、結果セットの一部として R を含む行を形成します。

4. テーブル t1

の最後でループが終了するまで、ステップ 1 ～ 3 を繰り返します。このプロセスは次のことができます。 Index Nested -Loop Join と呼ばれる駆動テーブルのインデックスを使用し、NLJ

と呼ばれます。 このプロセスでは:

1. テーブル全体のスキャンを実行します。ドライバー テーブル t1。このプロセスには 100 行のスキャンが必要です。

2。R の各行について、ツリー検索プロセスを使用して、a フィールドに基づいてテーブル t2 を検索します。構築するデータは 1 対 1 に対応しているため、各検索プロセスでスキャンされるのは 1 行だけであり、合計 100 行がスキャンされます (

3)。実行プロセス全体は 200

結合が使用されていないと仮定すると、単一のテーブル クエリのみを使用できます:

1.

select * from t1 を実行してすべてを検索します。テーブル t1 のデータ。ここには 100 行あります

2. これらの 100 行のデータをループします:

各行からフィールド a の値を取得します R $R.a
Execute
• select * from t2 where a= $R.a
返された結果と R を組み合わせて結果セットの行を形成します

Thisクエリ プロセスも 200 行をスキャンしましたが、合計 101 ステートメントが実行されました。直接結合と比較すると、100 のインタラクションが追加されます。また、クライアントは SQL ステートメントと結果を独自に結合する必要があります。これは、直接結合する場合ほど優れたものではありません。

駆動テーブルのインデックスが使用できる場合:

結合ステートメントを使用する強制するよりもパフォーマンスが優れています SQL ステートメントを実行するために複数の単一テーブルに分割するパフォーマンスが優れています
join ステートメントを使用する場合は、小さなテーブルを駆動テーブルにする必要があります

2. 単純なネストループ結合

select * from t1 straight_join t2 on (t1.a=t2.b);

テーブル t2 のフィールド b にはインデックスがないため、t2 が照合に使用されるたびにテーブル全体のスキャンを実行する必要があります。このアルゴリズムは単純なネストループ結合と呼ばれます。

このように計算すると、この SQL リクエストはテーブル t2 を最大 100 回スキャンし、合計 100*100=100,000 行をスキャンします。

MySQL はこの単純なネストループ結合アルゴリズムは使用せず、BNL

3、ブロックネストループ結合

と呼ばれる別のアルゴリズムを使用します。駆動テーブルには使用可能なインデックスがありません。アルゴリズム フローは次のとおりです:

1. テーブル t1 のデータをスレッド メモリの join_buffer に読み取ります。このステートメントは select * で書かれているため、テーブル t1 全体がそれをメモリに入れます

2。テーブル t2 をスキャンし、テーブル t2 の各行を取り出し、join_buffer 内のデータと比較します。結合条件が満たされている場合、そのデータは、結果セット

このプロセスでは、テーブル t1 とテーブル t2 の両方でテーブル全体のスキャンが実行されるため、スキャンされた合計数は行数は1100です。 join_buffer は順序付けされていない配列で構成されているため、テーブル t2 の各行に対して 100 回の判定を行う必要があります。メモリ内で行う必要がある判定の総数は 100*1000=100,000 回です

単純なネストを使用する-ループ結合アルゴリズムでクエリを実行し、スキャン行数も100,000行です。したがって、時間計算量の点では、これら 2 つのアルゴリズムは同じです。ただし、ブロック ネストループ結合アルゴリズムの 100,000 件の判定はメモリ操作であるため、はるかに高速でパフォーマンスが向上します。小さなテーブル テーブルはドライバーテーブルとして使用され、実行時間は同じです

join_buffer のサイズはパラメータ join_buffer_size によって設定され、デフォルト値は 256k です。テーブル t1 にすべてのデータを配置できない場合、戦略は非常に単純で、セグメントに配置することです

1) テーブル t1 をスキャンし、データ行を順番に読み取り、結合バッファに配置します。 join_buffer は 88 行目でいっぱいです##

2）扫描表t2，把t2中的每一行取出来，跟join_buffer中的数据做对比，满足join条件的，作为结果集的一部分返回

3）清空join_buffer

4）继续扫描表t1，顺序读取最后的12行放入join_buffer中，继续执行第2步

由于表t1被分成了两次放入join_buffer中，导致表t2会被扫描两次。虽然分成两次放入join_buffer，但是判断等值条件的此时还是不变的

4、能不能使用join语句？

1.如果可以使用Index Nested-Loop Join算法，也就是说可以用上被驱动表上的索引，其实是没问题的

2.如果使用Block Nested-Loop Join算法，扫描行数就会过多。尤其是在大表上的join操作，这样可能要扫描被驱动表很多次，会占用大量的系统资源。所以这种join尽量不要用

5、如果使用join，应该选择大表做驱动表还是选择小表做驱动表

1.如果是Index Nested-Loop Join算法，应该选择小表做驱动表

2.如果是Block Nested-Loop Join算法：

• 在join_buffer_size足够大的时候，是一样的
• 在join_buffer_size不够大的时候，应该选择小表做驱动表

在决定哪个表做驱动表的时候，应该是两个表按照各自的条件过滤，过滤完成以后，计算参数join的各个字段的总数据量，数据量小的那个表，就是小表，应该作为驱动表

二、join语句优化

创建两个表t1、t2

create table t1(id int primary key, a int, b int, index(a));create table t2 like t1;CREATE DEFINER = CURRENT_USER PROCEDURE `idata`()BEGIN
	declare i int;
  set i=1;
  while(i<=1000)do
    insert into t1 values(i, 1001-i, i);
    set i=i+1;
  end while;
  
  set i=1;
  while(i<=1000000)do
    insert into t2 values(i, i, i);
    set i=i+1;
  end while;END;

在表t1中，插入了1000行数据，每一行的a=1001-id的值。也就是说，表t1中字段a是逆序的。同时，在表t2中插入了100万行数据

1、Multi-Range Read优化

Multi-Range Read（MRR）优化主要的目的是尽量使用顺序读盘

select * from t1 where a>=1 and a<=100;

主键索引是一棵B+树，在这棵树上，每次只能根据一个主键id查到一行数据。因此，回表是一行行搜索主键索引的

如果随着a的值递增顺序查找的话，id的值就变成随机的，那么就会出现随机访问，性能相对较差

因为大多数的数据都是按照主键递增顺序插入得到的，所以如果按照主键的递增顺序查询，对磁盘的读比较接近顺序读，能够提升读性能

这就是MRR优化的设计思路，语句的执行流程如下：

1.根据索引a，定位到满足条件的记录，将id值放入read_rnd_buffer中

2.将read_rnd_buffer中的id进行递增排序

3.排序后的id数组，依次到主键id索引中查记录，并作为结果返回

read_rnd_buffer的大小是由read_rnd_buffer_size参数控制的。如果步骤1中，read_rnd_buffer放满了，就会先执行完步骤2和3，然后清空read_rnd_buffer。之后继续找索引a的下个记录，并继续循环

如果想要稳定地使用MRR优化的话，需要设置set optimizer_switch="mrr_cost_based=off"

explain结果中，Extra字段多了Using MRR，表示的是用上了MRR优化。由于在read_rnd_buffer中按照id做了排序，所以最后得到的结果也是按照主键id递增顺序的

MRR能够提升性能的核心在于，这条查询语句在索引a上做的是一个范围查询，可以得到足够多的主键id。这样通过排序以后，再去主键索引查数据，才能体现出顺序性的优势

2、Batched Key Access

MySQL5.6引入了Batched Key Access（BKA）算法。这个BKA算法是对NLJ算法的优化

NLJ算法流程图：

NLJ算法执行的逻辑是从驱动表t1，一行行地取出a的值，再到被驱动表t2去做join

BKA算法流程图：

BKA算法执行的逻辑是把表t1的数据取出来一部分，先放到一个join_buffer，一起传给表t2。在join_buffer中只会放入查询需要的字段，如果join_buffer放不下所有数据，就会将数据分成多段执行上图的流程

如果想要使用BKA优化算法的话，执行SQL语句之前，先设置

set optimizer_switch='mrr=on,mrr_cost_based=off,batched_key_access=on';

其中前两个参数的作用是启用MRR，原因是BKA算法的优化要依赖与MRR

3、BNL算法的性能问题

InnoDB对Buffer Pool的LRU算法做了优化，即：第一次从磁盘读入内存的数据页，会先放在old区域。如果1秒之后这个数据页不再被访问了，就不会被移动到LRU链表头部，这样对Buffer Pool的命中率影响就不大

如果一个使用BNL算法的join语句，多次扫描一个冷表，而且这个语句执行时间超过1秒，就会在再次扫描冷表的时候，把冷表的数据页移到LRU链表头部。这种情况对应的，是冷表的数据量小于整个Buffer Pool的3/8，能够完全放入old区域的情况

如果这个冷表很大，就会出现另外一种情况：业务正常访问的数据页，没有机会进入young区域。

由于优化机制的存在，一个正常访问的数据页，要进入young区域，需要隔1秒后再次被访问到。但是，由于join语句在循环读磁盘和淘汰内存页，进入old区域的数据页，很可能在1秒之内就被淘汰了。这样就会导致MySQL实例的Buffer Pool在这段时间内，young区域的数据页没有被合理地淘汰

4、BNL转BKA

一些情况下，我们可以直接在被驱动表上建索引，这时就可以直接转成BKA算法了

如果碰到一些不适合在被驱动表上建索引的情况，可以考虑使用临时表。大致思路如下：

select * from t1 join t2 on (t1.b=t2.b) where t2.b>=1 and t2.b<=2000;

1）把表t2中满足条件的数据放在临时表tmp_t中

2）为了让join使用BKA算法，给临时表tmp_t的字段b加上索引

3）让表t1和tmp_t做join操作

SQL语句写法如下：

create temporary table temp_t(id int primary key, a int, b int, index(b))engine=innodb;
insert into temp_t select * from t2 where b>=1 and b<=2000;
select * from t1 join temp_t on (t1.b=temp_t.b);

5、扩展hash join

MySQL的优化器和执行器不支持哈希join，可以自己实现在业务端，实现流程大致如下：

1.select * from t1;取得表t1的全部1000行数据，在业务端存入一个hash结构

2.select * from t2 where b>=1 and b获取表t2中满足条件的2000行数据

3.把这2000行数据，一行一行地取到业务端，到hash结构的数据表中寻找匹配的数据。满足匹配的条件的这行数据，就作为结果集的一行

相关学习推荐：mysql教程(视频)

以上がMySQL の結合ステートメントのアルゴリズムと最適化方法についての深い理解の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。