【MySQL系列】- MySQL执行计划

索_码_理 2023-03-28 原文

前些天发现了一个巨牛的人工智能学习网站，通俗易懂，风趣幽默，忍不住分享一下给大家。点击跳转到网站。

什么是执行计划

根据表、列、索引和WHERE子句中的条件的详细信息，MySQL优化器考虑了许多技术来有效地执行SQL查询中涉及的查找。对一个巨大表的查询可以在不读取所有行的情况下执行；涉及多个表的联接可以在不比较每个行组合的情况下执行。优化器选择执行最有效查询的操作集称为“查询执行计划(query execution plan)”，也称为EXPLAIN计划。

执行计划能做什么

通过执行计划我们可以知道MySQL 是如何处理你的 SQL 语句的。分析查询语句或是表结构的性能瓶颈，总的来说通过 EXPLAIN 我们可以做以下事情：

查看表的读取顺序
查看数据读取操作的操作类型
查看哪些索引可以使用
查看索引被实际使用
获取表之间的引用
每张表有多少行被优化器查询

执行计划语法

执行计划可以通过 EXPLAIN 、DESCRIBE、DESC关键字来查询的，但是一般会使用EXPLAIN进行查询，DESCRIBE主要用于查询表结构。EXPLAIN为SELECT语句中使用的每个表返回一行信息，它按照MySQL在处理语句时读取表的顺序列出输出中的表。

EXPLAIN语法如下：

{EXPLAIN | DESCRIBE | DESC}
    [explain_type]
    {explainable_stmt}

explain_type: {
    EXTENDED
  | PARTITIONS
  | FORMAT = format_name
}

format_name: {
    TRADITIONAL
  | JSON
  | TREE
}

explainable_stmt: {
    SELECT statement
  | DELETE statement
  | INSERT statement
  | REPLACE statement
  | UPDATE statement
}

字段解释：

explain_type：可选项。explain_type有以下三个选项

EXTENDED：执行计划扩展的执行格式
PARTITIONS：在较老的MySQL版本中，分区信息是使用EXPLAIN PARTITIONS生成的。为了向后兼容，仍然可以识别该语法，但现在默认启用分区输出，因此PARTITIONS关键字是多余的，已弃用。使用它会导致一个警告，并且在MySQL 8.0中从EXPLAIN语法中删除了它。
FORMAT：执行计划输出格式，默认为TRADITIONAL，以表格的形式输出。MySQL 8.0之前有JSON和TRADITIONAL两个选择，MySQL 8.0开始增加了TREE输出格式。如果是使用JSON格式输出的话，执行计划中的NULL值将不会展示。

如果explain_type不填，默认是FORMAT = TRADITIONAL 在MySQL 8.0开始，EXTENDED和PARTITIONS已废弃，只有FORMAT一个选项。

explainable_stmt：必填项，可使用EXPLAIN的SQL语句。EXPLAIN 可以和 SELECT、DELETE、 INSERT,、REPLACE或UPDATE 语句一起使用。

题外话： EXPLAIN关键字还可以像DESCRIBE、DESC或者SHOW COLUMNS一样展示表结构。MySQL 8.0.18开始还可以使用EXPLAIN ANALYZE语句来分析SQL语句。感兴趣的可以安装MySQL 8.0试试看。

EXPLAIN 详解

先创建两张表用于测试，两张表结构除了user1多了一个唯一索引以外，其他都相同

CREATE TABLE `user` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'id',
  `user_name` varchar(40) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '全名',
  `gender` tinyint(2) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '性别',
  `create_date` datetime NOT NULL COMMENT '创建时间',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=53 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用户表'

CREATE TABLE `user1` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'id',
  `user_name` varchar(40) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '全名',
  `gender` tinyint(2) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '性别',
  `create_date` datetime NOT NULL COMMENT '创建时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `uk_user_name` (`user_name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=53 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='系统用户表'

执行下面SQL，查看执行计划都有哪些列

explain select * from user;

每个列代表的含义如下：

列名	JSON格式的里面	含义
id	select_id	SELECT 语句id
select_type	None	SELECT 类型
table	table_name	表名
partitions	partitions	匹配的分区信息
type	access_type	针对单表的访问方法
possible_keys	possible_keys	可能用到的索引
key	key	实际上使用的索引
key_len	key_length	实际使用到的索引长度
ref	ref	当使用索引列等值查询时，与索引列进行等值匹配的对象信息
rows	rows	预估的需要读取的记录条数
filtered	filtered	某个表经过搜索条件过滤后剩余记录条数的百分比
Extra	None	额外的信息

字段解释

对select_type 字段解释之前先了解一下下面几个名词：

子查询物化：子查询的结果通常缓存在内存或临时表中。
关联/相关子查询：子查询的执行依赖于外部查询。多数情况下是子查询的 WHERE 子句中引用了外部查询包含的列。

id

SELECT查询的系列号，可以为NULL。id相同，执行顺序相同，从上往下执行；id不同，id越大越先被执行。
那什么情况下id相同，什么情况下不同呢？

单表、连接查询(内连、左连、右连)语句中，id相同
单表就不用过多说了，就一张表，id就一个肯定是相同的。
对于连接查询来说，一个 SELECT关键字后边的 FROM 子句中可以跟随多个表，所以在连接查询的执行计划中，每个表都会对应一条记录，但是这些记录的 id 值都是相同的，比如：

EXPLAIN SELECT * FROM `user` INNER JOIN user1 ON `user`.id = user1.id

可以看到两条记录对应两张表，id是相同的。

有子查询的语句id可能相同也可能不同
为什么有可能相同也有可能不同的，那是因为查询优化器觉得这条包含子查询的语句可以使用连接查询进行优化，就会对这条语句进行重写为连接查询，所以想知道查询优化器是否重写了查询语句，就可以通过explain查看。比如：

未被优化的

EXPLAIN SELECT * FROM `user` WHERE id IN (SELECT id FROM user1) OR `user`.gender = 1;

执行计划结果：

被优化的语句

EXPLAIN SELECT * FROM `user` WHERE id IN (SELECT id FROM user1)

执行计划结果：

可以看到被优化前后id是不同的，也就是执行顺序不同了。

Union连接语句中id不同
一般来说，对于包含 UNION 子句的查询语句来说，每个 SELECT 关键字对应一个 id值。
先看下面这条语句：

EXPLAIN SELECT * FROM `user` union SELECT * FROM user1;

EXPLAIN 结果：

可以看到，user表和user1表之间用union 连接，结果却有三条记录，这是为什么呢？是因为UNION连接查询到的结果要去重，怎么去重呢？mysql是在其内部创建了临时表进行去重，这里可以看到表名是<unionM,N>其中，M、N分别代表两张表执行计划的id，第三行的id为NULL表明这个临时表是为了合并数据去重所创建的。上面我们说过id也会为空，就是在使用union进行查询的时候。

再看下面这条语句：

EXPLAIN SELECT * FROM `user` UNION ALL SELECT * FROM user1;

EXPLAIN 结果：

可以看到使用UNION ALL之后，结果就变成了2条记录，这是因为UNION ALL不需要去重，查到什么结果就返回什么结果，所以也不会出现临时表。

table

被查询的表名，可能是真实存在的表，也可能是临时表或者派生表之类的。除了真实表可能出现的3种表名如下：

<unionM,N>：通过union查询产生的结果，M、N分别代表着执行计划id的值
<derivedN>：N的值为派生表的id值。派生表可能是FROM语句中的子查询
<subqueryN>：N为物化子查询的id值

select_type

SIMPLE ：简单SELECT查询，查询中不包含子查询或者 UNION
PRIMARY ：对于包含 UNION、UNION ALL 或者子查询的复杂查询来说，它是由几个小查询组成的，其中最左边的那个查询的 select_type 值就是 PRIMARY。在解释id的例子中有。
UNION ：对于包含 UNION 或者 UNION ALL 的复杂查询来说，它是由几个小查询组成的，其中除了最左边的那个小查询以外，其余的查询的 select_type 值就是 UNION。在解释id的例子中有。
UNION RESULT：MySQL 选择使用临时表来完成 UNION 查询的去重工作，针对该临时表的查询的 select_type 就是 UNION RESULT。在解释id的例子中有。
SUBQUERY：不会被查询优化器优化的子查询中，不依赖于外部查询的结果集，第一个 SELECT 关键字代表的那个查询的 select_type 就是 SUBQUERY。

EXPLAIN SELECT * FROM `user` WHERE id =(SELECT id FROM user1 WHERE id = 1);

由于 select_type 为 SUBQUERY 的子查询会被物化，所以只需要执行一遍。

DEPENDENT UNION：对于包含 UNION 或者 UNION ALL 的复杂查询来说，如果各个小查询都依赖于外层查询的话，那除了最左边的那个小查询之外，其余的小查询的 select_type 的值就是 DEPENDENT UNION。
DEPENDENT SUBQUERY：子查询中的第一个 select 查询，依赖于外部查询的结果集，select_type 的值就是 DEPENDENT SUBQUERY
DERIVED：对于采用物化的方式执行的包含派生表的查询，该派生表对应的子查询的 select_type 就是 DERIVED。

EXPLAIN SELECT * FROM (SELECT id , user_name FROM user GROUP BY user_name) derived_user WHERE derived_user.id > 1;

id=2的 select_type 是 DERIVED ，说明该子查询是以物化的方式执行的。id =1的记录代表外层查询，它的 table 列显示的是<derived2>，表示该查询是将派生表物化之后的表进行查询的。

MATERIALIZED：当查询优化器在执行包含子查询的语句时，选择将子查询物化之后与外层查询进行连接查询时，该子查询对应的 select_type 属性就是 MATERIALIZED。

EXPLAIN SELECT * FROM user1 WHERE user_name IN (SELECT user_name FROM `user`);

执行计划的第三条记录的 id 值为 2，从它的 select_type 值为 NATERIALIED 可以看出，查询优化器是要把子查询先转换成物化表。第二条记录的 table 列的值是<subquery2>，说明该表其实就是 id 为 2 对应的子查询执行之后产生的物化表，然后将 s1 和该物化表进行连接查询

UNCACHEABLE SUBQUERY：一个子查询，其结果无法缓存，必须为外部查询的每一行重新计算。出现的的情况极少
UNCACHEABLE UNION：属于不可缓存子查询(UNCACHEABLE SUBQUERY)的UNION中的第二个或以后的select。出现的的情况极少

partitions

和分区表有关，一般情况下我们的查询语句的执行计划的 partitions 列的值都是 NULL。

type

type表示表连接类型或者数据访问类型，就是表之间通过什么方式建立连接的，或者通过什么方式访问到数据的。它是较为重要的一个指标，结果值从最好到最坏依次是：

system > const > eq_ref > ref > fulltext > ref_or_null > index_merge > unique_subquery > index_subquery > range > index > ALL

出现比较多的是 system>const>eq_ref>ref>range>index>ALL 一般来说，得保证查询至少达到 range 级别，最好能达到 ref。

system :当表中只有一条记录并且该表使用的存储引擎的统计数据是精确的，比如 MyISAM、Memory，那么对该表的访问方法就是 system。
const：根据主键或者唯一二级索引列与常数进行等值匹配时，对单表的访问方法就是 const。因为只匹配一行数据，查询优化器会把它当做常数来对待，const类型的table查询的很快，因为只会被读取一次。

EXPLAIN SELECT * FROM `user` WHERE id = 1

eq_ref ：在连接查询时，如果被驱动表是通过主键或者唯一二级索引列等值匹配的方式进行访问的〈如果该主键或者唯一二级索引是联合索引的话，所有的索引列都必须进行等值比较)，则对该被驱动表的访问方法就是 eq_ref。

驱动表与被驱动表：A 表和 B 表 join 连接查询，如果通过 A 表的结果集作为循环基础数据，然后一条一条地通过该结果集中的数据作为过滤条件到 B 表中查询数据，然后合并结果。那么我们称 A 表为驱动表，B 表为被驱动表

EXPLAIN SELECT * FROM `user` INNER JOIN user1 ON `user`.id = user1.id;

从执行计划的结果中可以看出，MySQL 打算将 user1 作为驱动表，user作为被驱动表。user1 的访问方法是 eq_ref，表明在访问 user1 表的时候可以通过主键的等值匹配来进行访问。

ref：当通过普通的二级索引列与常量进行等值匹配时来查询某个表，那么对该表的访问方法就可能是 ref。本质上也是一种索引访问，它返回所有匹配某个单独值的行，然而，它可能会找到多个符合条件的行，所以它属于查找和扫描的混合体。
fulltext：使用了全文索引进行查询。
ref_or_null ：有时候我们不仅想找出某个二级索引列的值等于某个常数的记录，还想把该列的值为 NULL 的记录也找出来，这个时候type就是ref_or_null。
index_merge ：一般情况下对于某个表的查询只能使用到一个索引，在某些场景下可以使用索引合并的方式来执行查询
unique_subquery ：unique _subquery 是针对在一些包含IN子查询的查询语句中，如果查询优化器决定将IN子查询转换为EXISTS 子查询，而且子查询可以使用到主键进行等值匹配的话，那么该子查询执行计划的 type 列的值就是 unique_subquery。

EXPLAIN  SELECT * FROM user1 WHERE id IN (SELECT id FROM `user` WHERE user1.user_name = `user`.user_name) OR user1.id = 1;

index_subquery ：index_subquery 与 unique_subquery 类似，只不过访问⼦查询中的表时使⽤的是普通的索引。

EXPLAIN SELECT * FROM `user` WHERE user_name IN (SELECT user_name FROM user1) OR user_name='name';

range ：如果使用索引获取某些范围区间的记录，那么就可能使用到range访问方法，一般就是在你的 where 语句中出现了 between、<、>、in 等的查询。

EXPLAIN SELECT * FROM user1 WHERE user_name > '索码理'

index ：当使用索引覆盖，但需要扫描全部的索引记录时，该表的访问方法就是 index。

EXPLAIN SELECT id , user_name FROM user1 WHERE user_name > '索码理'

ALL：全表扫描，遍历全表找到匹配的行。

possible_keys 与 key

possible_keys 是可能使用到的索引列表；key是实际使用到的索引列表。当possible_keys出现多个索引时，查询优化器会计算使用哪一个或几个或者不使用索引的成本更低，最后选择的索引就会在key里面出现。
需要注意的一点是，possible keys列中的值并不是越多越好，可能使用的索引越多，查询优化器计算查询成本时就得花费更长时间，所以如果可以的话，尽量删除那些用不到的索引。

key_len

key_len列表示当优化器决定使用某个索引执行查询时，该索引记录的最大长度。计算方式是这样的：

对于使用固定长度类型的索引列来说，它实际占用的存储空间的最大长度就是该固定值，对于指定字符集的变长类型的索引列来说，比如某个索引列的类型是 VARCHAR(100)，使用的字符集是utf8，那么该列实际占用的最大存储空间就是 100 x 3 = 300 个字节。
如果该索引列可以存储 NULL 值，则 key_len 比不可以存储 NULL 值时多 1 个字节。
对于变长字段来说，都会有 2 个字节的空间来存储该变长列的实际长度。
比如下面这个语句：

EXPLAIN SELECT * FROM user1 WHERE user_name = '索码理';

根据执行计划可以看出使用了索引idx_user_name，user_name字段是varchar(40) NOT NULL，使用的字符集是utf8mb4，utf8mb4字符集单字符最多占用4个字节空间。通过这些信息可以得到40*4+2=162，跟执行计划中的结果一样，如果user_name字段允许为NULL，那么结果就变成了163。

MySQL 在执行计划中输出 key_len 列主要是为了让我们区分某个使用联合索引的查询具体用了几个索引列(联合索引有最左前缀的特性，如果联合索引能全部使用上，则是联合索引字段的索引长度之和，这也可以用来判定联合索引是否部分使用，还是全部使用)，而不是为了准确的说明针对某个具体存储引擎存储变长字段的实际长度占用的空间到底是占用 1 个字节还是 2 个字节。

key_len 表示索引中使用的字节数，可通过该列计算查询中使用的索引的长度。在不损失精确性的情况下，长度越短越好。key_len显示的值为索引字段的最大可能长度，并非实际使用长度，即key_len是根据表定义计算而得，不是通过表内检索出的。

ref

当使用索引列等值匹配的条件去执行查询时，也就是在访问方法是 const、eq_ref、ref、ref_or_null、unique_sutbquery、index_subopery 其中之一时，ref 列展示的就是与索引列作等值匹配的字段或者函数等。比如在上面的key_len的例子中，ref的值是const，表示与user_name作等值匹配的对象是一个常数。
有时候也会展示等值匹配具体的字段，比如：

EXPLAIN SELECT * FROM `user` INNER JOIN user1  ON `user`.user_name = user1.user_name WHERE  `user`.user_name > 'username4';

可以看到第二列ref的值是db_test.user.user_name(数据库.表名.具体字段)，表user1使用了索引idx_user_name，这表示与表user1索引idx_user_name做等值匹配的是表user中的user_name字段。

有时候与索引列进行等值匹配的对象是一个函数，ref列会输出值func

rows

如果查询优化器决定使用全表扫描的方式对某个表执行查询时，rows 列就代表预计需要扫描的行数，如果使用索引来执行查时，rows 列就代表预计扫描的索引记录行数。rows的值是预估值，对于InnoDB 引擎的表来说，这个值可能不会一直都是准确的。

EXPLAIN SELECT * FROM `user` WHERE id > 4

user表中加了13条数据，根据上面那条SQL语句查询条件能在数据库匹配到的结果有9条，rows就是9

filtered

filtered表示满足查询条件的行数占预估满足条件的行数rows的百分比。filtered的值从100开始变小的同时过滤掉的行数也在增加。

EXPLAIN SELECT * FROM `user` INNER JOIN user1  ON `user`.user_name = user1.user_name WHERE  `user`.user_name > 'username4';

第一行结果rows=13，filtered=33.33%，就是说从预估符合条件的行数rows中二次筛选出33.33%的行数符合条件，也就是过滤掉了13*0.3333≈5，满足条件的这5行再和user1表进行连接。filtered只是一个预估值，参考值不大。

Extra

顾名思义，Extra 列是用来说明一些额外信息的，我们可以通过这些额外信息来更准确的理解 MySQL 到底将如何执行给定的查询语句。如果要使查询尽可能快，请注意使用 Using filesort 和Using temporary的Extra列值。
EXPLAIN有33个左右Extra信息，感兴趣的可以到MySQL官网看下。这里就简单介绍几个经常能遇到的。

Using index：当我们的查询列表以及搜索条件中只包含属于某个索引的列，也就是在可以使用索引覆盖的情况下，在 Extra 列将会提示该额外信息。
Using filesort：有一些情况下对结果集中的记录进行排序是可以使用到索引的，很多情况下排序操作无法使用到索引，只能在内存中（记录较少的时候）或者磁盘中（记录较多的时候）进行排序，MySQL把这种在内存中或者磁盘上进行排序的方式统称为文件排序(filesort)。如果某个查询需要使用文件排序的方式执行查询，就会在执行计划的Extra列中显示Using filesort。
Using temporary：在许多查询的执行过程中，MySQL 可能会借助临时表来完成一些功能，比如去重、排序之类的，比如我们在执行许多包含 DISTINCT、GROUP BY、UNION 等子句的查询过程中，如果不能有效利用索引来完成查询，MySQL 很有可能寻求通过建立内部的临时表来执行查询。如果查询中使用到了内部的临时表，在执行计划的Extra列将会显示Using temporary
Using where：当我们使用全表扫描来执行对某个表的查询，并且该语句的WHERE子句中有针对该表的搜索条件时，在 Extra 列中会显示Using where；当使用索引访问来执行对某个表的查询，并且该语句的 WHERE 子句中有除了该索引包含的列之外的其他搜索条件时，在 Extra 列中也会显示Using where。Using where只是表示 MySQL使用where子句中的条件对记录进行了过滤。
Using join buffer (Block Nested Loop)：在连接查询执行过程中，当被驱动表不能有效的利用索引加快访问速度，MySQL一般会为其分配一块名叫join buffer的内存块来加快查询速度，通过使用join buffer来减少对被驱动表的访问次数，从而提高性能。
Using index condition：如果在查询语句的执行过程中将要使用索引条件下推这个特性，在 Extra 列中将会显示 Using index condition。
No tables used：当查询语句的没有FROM子句或有FROM DUAL子句时将会提示该额外信息。
Impossible WHERE：查询语句的WHERE子句永远为FALSE时将会提示该额外信息
Zero limit：当LIMIT子句的参数为0时，表示并不打算从表中读出任何记录，将会提示该额外信息。

总结

MySQL执行计划在面试中会经常问到，尤其是type字段会经常被问到。同时，了解执行计划在工作中也能更好的对SQL查询进行优化，所以执行计划是mysql学习过程中的一个必备技能，来充实一下自己的技能包。

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