你知道group by的工作原理和优化思路吗？

前言

日常开发中，我们经常会使用到group by。亲爱的小伙伴，你是否知道group by的工作原理呢？group by和having有什么区别呢？group by的优化思路是怎样的呢？使用group by有哪些需要注意的问题呢？本文将跟大家一起来学习，攻克group by~

  • 使用group by的简单例子

  • group by 工作原理

  • group by + where 和 having的区别

  • group by 优化思路

  • group by 使用注意点

  • 一个生产慢SQL如何优化

1. 使用group by的简单例子

group by一般用于分组统计，它表达的逻辑就是根据一定的规则，进行分组。我们先从一个简单的例子，一起来复习一下哈。

假设用一张员工表，表结构如下：

CREATE TABLE `staff` (`id` bigint(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键id',`id_card` varchar(20) NOT NULL COMMENT '身份证号码',`name` varchar(64) NOT NULL COMMENT '姓名',`age` int(4) NOT NULL COMMENT '年龄',`city` varchar(64) NOT NULL COMMENT '城市',PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=15 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='员工表';

表存量的数据如下：

3770c784d9ebfb924665b3f160e1906c.png

我们现在有这么一个需求：统计每个城市的员工数量。对应的 SQL 语句就可以这么写：

select city ,count(*) as num from staff group by city;

执行结果如下：

e492b463d38989e8d506bb884b14ab33.png

这条SQL语句的逻辑很清楚啦，但是它的底层执行流程是怎样的呢？

2. group by 原理分析

2.1 explain 分析

我们先用explain查看一下执行计划

explain select city ,count(*) as num from staff group by city;
52e12cdeb3ddb123546293b8eaa3e0c1.png

  • Extra 这个字段的Using temporary表示在执行分组的时候使用了临时表

  • Extra 这个字段的Using filesort表示使用了排序

group by 怎么就使用到临时表和排序了呢？我们来看下这个SQL的执行流程

2.2 group by 的简单执行流程

explain select city ,count(*) as num from staff group by city;

我们一起来看下这个SQL的执行流程哈

  1. 创建内存临时表，表里有两个字段city和num；

  2. 全表扫描staff的记录，依次取出city = 'X'的记录。

  • 判断临时表中是否有为 city='X'的行，没有就插入一个记录 (X,1);

  • 如果临时表中有city='X'的行的行，就将x 这一行的num值加 1；

  1. 遍历完成后，再根据字段city做排序，得到结果集返回给客户端。

这个流程的执行图如下：

8c6f30cea43cf67a6fdc389707768915.png

临时表的排序是怎样的呢？

就是把需要排序的字段，放到sort buffer，排完就返回。在这里注意一点哈，排序分全字段排序和rowid排序

  • 如果是全字段排序，需要查询返回的字段，都放入sort buffer，根据排序字段排完，直接返回

  • 如果是rowid排序，只是需要排序的字段放入sort buffer，然后多一次回表操作，再返回。

  • 怎么确定走的是全字段排序还是rowid 排序排序呢？由一个数据库参数控制的，max_length_for_sort_data

对排序有兴趣深入了解的小伙伴，可以看我这篇文章哈。

  • 看一遍就理解：order by详解

3. where 和 having的区别

  • group by + where 的执行流程

  • group by + having 的执行流程

  • 同时有where、group by 、having的执行顺序

3.1 group by + where 的执行流程

有些小伙伴觉得上一小节的SQL太简单啦，如果加了where条件之后，并且where条件列加了索引呢，执行流程是怎样？

好的，我们给它加个条件，并且加个idx_age的索引，如下：

select city ,count(*) as num from staff where age> 30 group by city;
//加索引
alter table staff add index idx_age (age);

再来expain分析一下：

explain select city ,count(*) as num from staff where age> 30 group by city;
e9f13da4b286a83839ebc778fe52de69.png

从explain 执行计划结果，可以发现查询条件命中了idx_age的索引，并且使用了临时表和排序

Using index condition:表示索引下推优化，根据索引尽可能的过滤数据,然后再返回给服务器层根据where其他条件进行过滤。这里单个索引为什么会出现索引下推呢？explain出现并不代表一定是使用了索引下推，只是代表可以使用，但是不一定用了。大家如果有想法或者有疑问，可以加我微信讨论哈。

执行流程如下：

  1. 创建内存临时表，表里有两个字段city和num；

  2. 扫描索引树idx_age，找到大于年龄大于30的主键ID

  3. 通过主键ID，回表找到city = 'X'

  • 判断临时表中是否有为 city='X'的行，没有就插入一个记录 (X,1);

  • 如果临时表中有city='X'的行的行，就将x 这一行的num值加 1；

  1. 继续重复2,3步骤，找到所有满足条件的数据，

  2. 最后根据字段city做排序，得到结果集返回给客户端。

3.2 group by + having 的执行

如果你要查询每个城市的员工数量，获取到员工数量不低于3的城市，having可以很好解决你的问题，SQL酱紫写：

select city ,count(*) as num from staff  group by city having num >= 3;

查询结果如下：

14a8de67b5f5e187c71480cd385155be.pnghaving称为分组过滤条件，它对返回的结果集操作。

3.3 同时有where、group by 、having的执行顺序

如果一个SQL同时含有where、group by、having子句，执行顺序是怎样的呢。

比如这个SQL：

select city ,count(*) as num from staff  where age> 19 group by city having num >= 3;

  1. 执行where子句查找符合年龄大于19的员工数据

  2. group by子句对员工数据，根据城市分组。

  3. 对group by子句形成的城市组，运行聚集函数计算每一组的员工数量值；

  4. 最后用having子句选出员工数量大于等于3的城市组。

3.4 where + having 区别总结

  • having子句用于分组后筛选，where子句用于行条件筛选

  • having一般都是配合group by 和聚合函数一起出现如(count(),sum(),avg(),max(),min())

  • where条件子句中不能使用聚集函数，而having子句就可以。

  • having只能用在group by之后，where执行在group by之前

4. 使用 group by 注意的问题

使用group by 主要有这几点需要注意：

  • group by一定要配合聚合函数一起使用嘛？

  • group by的字段一定要出现在select中嘛

  • group by导致的慢SQL问题

4.1 group by一定要配合聚合函数使用嘛？

group by 就是分组统计的意思，一般情况都是配合聚合函数如（count(),sum(),avg(),max(),min())一起使用。

  • count() 数量

  • sum() 总和

  • avg() 平均

  • max() 最大值

  • min() 最小值

如果没有配合聚合函数使用可以吗？

我用的是Mysql 5.7 ，是可以的。不会报错，并且返回的是，分组的第一行数据。

比如这个SQL：

select city,id_card,age from staff group by  city;

查询结果是

b903d6dbcdbe8e0485db014f649578b5.png

大家对比看下，返回的就是每个分组的第一条数据022df6cf6b0d9caf4c2f19145fe48ba3.png

当然，平时大家使用的时候，group by还是配合聚合函数使用的，除非一些特殊场景，比如你想去重，当然去重用distinct也是可以的。

4.2 group by 后面跟的字段一定要出现在select中嘛。

不一定，比如以下SQL：

select max(age)  from staff group by city;

执行结果如下：

57a2366054ab9b98b460756f2b291354.png

分组字段city不在select 后面，并不会报错。当然，这个可能跟不同的数据库，不同的版本有关吧。大家使用的时候，可以先验证一下就好。有一句话叫做，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

4.3 group by导致的慢SQL问题

到了最重要的一个注意问题啦，group by使用不当，很容易就会产生慢SQL 问题。因为它既用到临时表，又默认用到排序。有时候还可能用到磁盘临时表。

  • 如果执行过程中，会发现内存临时表大小到达了上限（控制这个上限的参数就是tmp_table_size），会把内存临时表转成磁盘临时表。

  • 如果数据量很大，很可能这个查询需要的磁盘临时表，就会占用大量的磁盘空间。

这些都是导致慢SQL的x因素，我们一起来探讨优化方案哈。

5. group by的一些优化方案

从哪些方向去优化呢？

  • 方向1：既然它默认会排序，我们不给它排是不是就行啦。

  • 方向2：既然临时表是影响group by性能的X因素，我们是不是可以不用临时表？

我们一起来想下，执行group by语句为什么需要临时表呢？group by的语义逻辑，就是统计不同的值出现的个数。如果这个这些值一开始就是有序的，我们是不是直接往下扫描统计就好了，就不用临时表来记录并统计结果啦?

  • group by 后面的字段加索引

  • order by null 不用排序

  • 尽量只使用内存临时表

  • 使用SQL_BIG_RESULT

5.1 group by 后面的字段加索引

如何保证group by后面的字段数值一开始就是有序的呢？当然就是加索引啦。

我们回到一下这个SQL

select city ,count(*) as num from staff where age= 19 group by city;

它的执行计划

5f68d8e4e2f0b5d8ee1f70fb247753c5.png

如果我们给它加个联合索引idx_age_city（age,city）

alter table staff add index idx_age_city(age,city);

再去看执行计划，发现既不用排序，也不需要临时表啦。13c400901adecfb21a43f37f418d2c88.png

加合适的索引是优化group by最简单有效的优化方式。

5.2 order by null 不用排序

并不是所有场景都适合加索引的，如果碰上不适合创建索引的场景，我们如何优化呢？

如果你的需求并不需要对结果集进行排序，可以使用order by null。

select city ,count(*) as num from staff group by city order by null

执行计划如下，已经没有filesort啦

c84fa66216ad28d8fd298d1924b5c1ad.png

5.3 尽量只使用内存临时表

如果group by需要统计的数据不多，我们可以尽量只使用内存临时表；因为如果group by 的过程因为内存临时表放不下数据，从而用到磁盘临时表的话，是比较耗时的。因此可以适当调大tmp_table_size参数，来避免用到磁盘临时表。

5.4 使用SQL_BIG_RESULT优化

如果数据量实在太大怎么办呢？总不能无限调大tmp_table_size吧？但也不能眼睁睁看着数据先放到内存临时表，随着数据插入发现到达上限，再转成磁盘临时表吧？这样就有点不智能啦。

因此，如果预估数据量比较大，我们使用SQL_BIG_RESULT 这个提示直接用磁盘临时表。MySQl优化器发现，磁盘临时表是B+树存储，存储效率不如数组来得高。因此会直接用数组来存

示例SQl如下：

select SQL_BIG_RESULT city ,count(*) as num from staff group by city;

执行计划的Extra字段可以看到，执行没有再使用临时表，而是只有排序b6d73502be0d8e7fd3895ed0b83713f1.png

执行流程如下：

  1. 初始化 sort_buffer，放入city字段；

  2. 扫描表staff，依次取出city的值,存入 sort_buffer 中；

  3. 扫描完成后，对 sort_buffer的city字段做排序

  4. 排序完成后，就得到了一个有序数组。

  5. 根据有序数组，统计每个值出现的次数。

6. 一个生产慢SQL如何优化

最近遇到个生产慢SQL，跟group by相关的，给大家看下怎么优化哈。

表结构如下：

CREATE TABLE `staff` (`id` bigint(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键id',`id_card` varchar(20) NOT NULL COMMENT '身份证号码',`name` varchar(64) NOT NULL COMMENT '姓名',`status` varchar(64) NOT NULL COMMENT 'Y-已激活 I-初始化 D-已删除 R-审核中',`age` int(4) NOT NULL COMMENT '年龄',`city` varchar(64) NOT NULL COMMENT '城市',`enterprise_no` varchar(64) NOT NULL COMMENT '企业号',`legal_cert_no` varchar(64) NOT NULL COMMENT '法人号码',PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=15 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='员工表';

查询的SQL是这样的：

select * from t1 where status = #{status} group by #{legal_cert_no}

我们先不去探讨这个SQL的=是否合理。如果就是这么个SQL，你会怎么优化呢？有想法的小伙伴可以留言讨论哈，也可以加我微信加群探讨。如果你觉得文章那里写得不对，也可以提出来哈，一起进步，加油呀

参考与感谢

  • mySQL 45讲 (https://time.geekbang.org/column/article/80477?cid=100020801)

求点赞、在看、分享三连d86614766fd9fc4ab9b7e072ea8ab85e.png

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