【Java面试】四、MySQL篇（上）

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文章目录

  • 1、定位慢查询
  • 2、慢查询的原因分析
  • 3、索引
    • 3.1 数据结构选用：二叉树 & 红黑树
    • 3.2 数据结构选用：B+树
  • 4、聚簇索引、非聚簇索引、回表查询
    • 4.1 聚簇索引、非聚簇索引
    • 4.2 回表查询
  • 5、覆盖索引、超大分页优化
    • 5.1 覆盖索引
    • 5.2 超大分页处理
  • 6、索引的创建
  • 7、索引的失效
  • 8、SQL优化的经验
  • 9、面试

1、定位慢查询

  • Arthas在线查看方法耗时
  • 运维工具Prometheus
  • 链路追踪工具Skywalking、Zipkin、OpenTemplate

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  • MySQL自带的慢日志：记录执行超过n秒的SQL
//修改配置文件,文件位置
/etc/my.cnf//开启慢查询开关，生产环境不建议开启，会损失部分性能
slow_query_log=1//设置超过2秒的SQL
long_query_time=2

慢SQL被记录到/var/lib/mysql/localhost-slow.log

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2、慢查询的原因分析

慢SQL通常是因为：

  • 聚合查询
  • 多表查询
  • 表数据量过大查询
  • 深度分页查询

前三种，可尝试使用SQL执行计划分析原因：

# SELECT语句前添加EXPLAIN或DESC，查看SQL语句执行情况的信息
EXPLAIN select * from t_table;
DESC select * from t_table;

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此时SELECT返回的不是表数据，是一些执行信息：

  • possible： key 当前sql可能会使用到的索引
  • key： 当前sql实际命中的索引
  • key_len： 索引占用的大小，key和key_len搭配，检查是否存在索引失效
  • Extra：额外的优化建议

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  • type：这条sql的连接的类型，性能由好到差为NULL、system、const、eq_ref、ref、range、index、all
system：查询MySQL系统内置库的表const：根据主键查询eq_re：主键索引查询或唯一索引查询ref：索引查询range：范围查询index：索引树扫描，遍历整个索引all：不走索引，全盘扫描

3、索引

一种用于高效查数据的数据结构，以某种方式指向表里的数据。如下表，不加索引，查age=45的数据，就是逐行对比 + 遍历整个表直至最后一行，效率低下

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如果去维护一个类似二叉树的结构，再查age=45的数据，则直接从根节点开始⇒ 45 > 36，去右侧 ⇒ 45 < 48 ⇒去左侧 ⇒ 查找完毕，如此，查找效率提升，这即索引的思想

3.1 数据结构选用：二叉树 & 红黑树

MySQL索引底层的数据结构是B+树。不选二叉树是因为：

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如果数据递增或递减，此时二叉树变链表，即最坏情况的二叉树效率很低。既然二叉树有平衡性问题，那再考虑自平衡的二叉树 ⇒ 红黑树

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红黑树时间复杂度为O(log n)，但其也是一个二叉树，每个节点最多只能两个分支，因此，大数据量下，红黑树会很高。 ⇒ B树，每个节点可以多个分支，是一种多叉路衡查找树。以一颗5阶B树为例（最大度数mas-degree为5，每个节点最多存储4个key）

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图中的灰色部分，存储指针，指向子节点。如20左侧的指针，指向的就是20以内的数据，20和30之间的指针，则指向20~30之间的数据，以此类推。且绿色部分存储的是对应的那条数据。

3.2 数据结构选用：B+树

相比二叉树，B树是一种矮胖树，B+树则是B树的一种优化，非叶子节点只存储指针，不存储数据。只有在叶子节点才去存储对应的数据，前面的非叶子节点起一个导航的作用，非叶子节点上就匹配到的数据，在叶子节点上也能找到这个数。

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MySQL默认的存储引擎InnoDB默认使用B+树实现索引。相比B树，B+树：

  • 磁盘读写代价更低（只有叶子节点存数据）
  • 查询效率更稳定（最后都要落到叶子节点）
  • 适合于区间查询（叶子节点之间的双向指针，比如查6~34这个区间的数，先从根节点对比，走左边，到16，再走左边，到6，再跟双向指针拿到6到34的数据，不需要再从根节点开始重新找一次）

4、聚簇索引、非聚簇索引、回表查询

4.1 聚簇索引、非聚簇索引

聚簇索引（又叫聚集索引），即B+树的叶子节点保存的是整行数据。非聚簇索引（又叫二级索引），即B+树单独叶子节点存储的是那行数据对应的主键

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聚簇索引选取规则：（节点里存哪个）

  • 如果存在主键，主键索引就是聚集索引
  • 如果不存在主键，将使用第一个唯一(UNIQUE)索引作为聚集索引
  • 如果表没有主键，或没有合适的唯一索引，则InnoDB 会自动生成一个rowid 作为隐藏的聚集索引

如下：建立聚簇索引时，这张表有主键ID，因此，节点中存储的是ID值，最后，叶子节点中存的那个row是整条数据值。

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再比如给表的name字段建立非聚簇索引，节点存储name的值，最后的叶子节点，存储的是这条数据的主键值

4.2 回表查询

select * form user where name = 'Arm';

给name字段加了非聚簇索引，因此，执行如上SQL，先根据name的非聚簇索引的B+树 ⇒ A小于L，走左边，到G和J，再走左边，找到Arm ⇒ 因为是select *，而非聚簇索引的叶子节点存的是主键 ⇒ 拿着主键，回到聚簇索引，从其根节点开始查 ⇒ 聚簇索引的叶子节点存了整行数据，返回select * 的结果

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总之，回表查询就是：先根据非聚簇索引找到主键值，再根据主键值到聚簇索引拿到整行数据

5、覆盖索引、超大分页优化

5.1 覆盖索引

即查询使用了索引，并且你需要返回的字段，在索引中能够全部找到。

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select * form tb_user where id = 1;

是覆盖索引，虽然select * ，但其where是根据id过滤的，即用的是主键索引、聚簇索引，索引的叶子节点存了整行数据，需要返回的字段，在索引中能够全部找到

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select id, name from tb_user where name = 'Arm';

是覆盖索引，where根据name过滤，走name的非聚簇索引，最后叶子节点存了id，而最后需要返回的就是id和name

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select id, name, gender from tb_user where name = 'Arm';

不是覆盖索引，索引中拿不到gender值，需要回表查询

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很明显，能一次查询出来的，符合覆盖索引的，效率最高，走回表查询的SQL，效率低

5.2 超大分页处理

使用limit分页查，需要对数据进行排序，数据量很大时，效率很低

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比如，limit 900 0000，10，此时，需要排序前9000010行数据，再返回9000000到9000010行这10行：

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解决方案是：覆盖索引 + 子查询

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即先根据主键去分页order by id ，不select *，而是select id，再和原来的表关联查

6、索引的创建

需要创建索引的场景：

  • 数据量大（单表超过10万行），且查询频繁
  • 给常作为where、order by、group by操作的字段创建索引
  • 如果字段是字符串类型，且长度很长，给其建立索引压力大，可截取前几个字，建立前缀索引

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  • 多用联合索引，而不是单列索引。因为如果给A + B两个字段建立了联合索引，刚好又select A, B from table where A = 1；就是覆盖索引，避免了回表，查询效率更高。下图即给name、status、address三个字段建了联合索引

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  • 索引并不是越多越好，因为增删改也要同步去维护索引，索引多了，会影响增删改的效率

7、索引的失效

给表tb_seller的name，status，address字段创建联合索引：

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索引失效的场景：

1）违反最左前缀法则

最左前缀法则，即select后面的字段，必须从索引的最左前列开始，并且不跳过索引中的列。以下为索引不失效的写法：

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以下写法索引失效：
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以下写法，中途跳过了联合索引的某一列，只有最左侧字段索引生效，从key_len的大小可以看出，其只命中了一个字段：

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2）对status范围查询，则status右边的列address没有用到索引，但name，status还是走了索引了

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3）在索引所在的列上进行运算，索引会失效

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4）字符串不加单引号，索引失效

因为不对字符串类型加单引号，MySQL优化器会自动进行类型转换，造成索引失效
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5）以%开头的Like模糊查询，索引失效

注意：如果仅仅是末尾进行模糊查询，索引不会失效

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8、SQL优化的经验

1）表设计优化：

  • 设置合适的数值类型：tinyint、int、bigint
  • 字符串类型，char和varchar，char定长、效率高，varchar长度灵活可变，根据字符串实际长度来，但效率稍低

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2）SQL语句优化

  • 避免select *
  • 避免索引失效的写法
  • 使用union all代替union，union会把两个查询的结果再做个去重

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  • 避免where中对字段进行计算操作
  • join表时，能用inner join，不left join或者right join，业务必须要用时，可将小表（行数少的表）放外面。原因参考for循环嵌套，如下写法，MySQL进行三次连接，每次连接进行1000次操作，反之就是进行1000次连接，每次连接进行3次操作（inner join 就会自动优化，把小表放外面。left join或right join就不会把小表放外面）

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3）读写分离，主从复制

  • 用于避免写操作影响查询效率
  • 主库写，从库读

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4）索引的创建和失效
5）分库分表（见下篇）

9、面试

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