06期：使用 OPTIMIZER_TRACE 窥探 MySQL 索引选择的秘密

这里记录的是学习分享内容，文章维护在 Github：studeyang/leanrning-share。

优化查询语句的性能是 MySQL 数据库管理中的一个重要方面。在优化查询性能时，选择正确的索引对于减少查询的响应时间和提高系统性能至关重要。但是，如何确定 MySQL 的索引选择策略？MySQL 的优化器是如何选择索引的？

在这篇《索引失效了？看看这几个常见的情况！》文章中，我们介绍了索引区分度不高可能会导致索引失效，而这里的“不高”并没有具体量化，实际上 MySQL 会对执行计划进行成本估算，选择成本最低的方案来执行。具体我们还是通过一个案例来说明。

案例

还是以人物表为例，我们来看一下优化器是怎么选择索引的。

建表语句如下：

CREATE TABLE `person` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(64) NOT NULL,
  `score` int(11) NOT NULL,
  `age` int(11) NOT NULL,
  `create_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name_score` (`name`,`score`) USING BTREE,
  KEY `idx_age` (`age`) USING BTREE,
  KEY `idx_create_time` (`create_time`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

然后插入 10 万条数据：

create PROCEDURE `insert_person`()
begin
    declare c_id integer default 3;
    while c_id <= 100000 do
	    insert into person values(c_id, concat('name',c_id), c_id + 100, c_id + 10, date_sub(NOW(), interval c_id second));
	    -- 需要注意，因为使用的是now()，所以对于后续的例子，使用文中的SQL你需要自己调整条件，否则可能看不到文中的效果
	    set c_id = c_id + 1;
    end while;
end;
CALL insert_person();

可以看到，最早的 create_time 是 2023-04-14 13:03:44。

我们通过下面的SQL语句对person表进行查询：

explain select * from person where NAME>'name84059' and create_time>'2023-04-15 13:00:00'

通过执行计划，我们可以看到 type=All，表示这是一次全表扫描。接着，我们将 create_time 条件中的 13 点改为 15 点，再次执行查询：

explain select * from person where NAME>'name84059' and create_time>'2023-04-15 15:00:00'

这次执行计划显示 type=range，key=create_time，表示 MySQL 优化器选择了 create_time 索引来执行这个查询，而不是使用 name_score 联合索引。

也许你会对此感到奇怪，接下来，我们一起来分析一下背后的原因。

OPTIMIZER_TRACE 工具介绍

为了更好地理解 MySQL 优化器的工作原理，我们可以使用一个强大的调试工具：OPTIMIZER_TRACE。它是在 MySQL 5.6 及之后的版本中提供的，可以查看详细的查询执行计划，包括查询优化器的决策、选择使用的索引、连接顺序和优化器估算的行数等信息。

当开启 OPTIMIZER_TRACE 时，MySQL 将会记录查询的执行计划，并生成一份详细的报告。这个报告可以提供给开发人员或数据库管理员进行分析，以了解 MySQL 是如何决定执行查询的，进而进行性能优化。

在 MySQL 中，开启 OPTIMIZER_TRACE 需要在查询中使用特定的语句，如下所示：

SET optimizer_trace='enabled=on';
SELECT * FROM mytable WHERE id=1;
SET optimizer_trace='enabled=off';

当执行查询后，MySQL将会生成一个 JSON 格式的执行计划报告。

需要注意的是，开启 OPTIMIZER_TRACE 会增加查询的执行时间和资源消耗，因此只应该在需要调试和优化查询性能时使用。

官方文档在这里：https://dev.mysql.com/doc/dev/mysql-server/latest/PAGE_OPT_TRACE.html

全表扫描的总成本

MySQL 在查询数据之前，首先会根据可能的执行方案生成执行计划，然后依据成本决定走哪个执行计划。这里的成本，包括 IO 成本和 CPU 成本：

• IO 成本，是从磁盘把数据加载到内存的成本。默认情况下，读取数据页的 IO 成本常数是 1（也就是读取 1 个页成本是 1）。
• CPU 成本，是检测数据是否满足条件和排序等 CPU 操作的成本。默认情况下，检测记录的成本是 0.2。

MySQL 维护了表的统计信息，可以使用下面的命令查看：

SHOW TABLE STATUS LIKE 'person'

该命令将返回包括表的行数、数据长度、索引大小等信息。这些信息可以帮助 MySQL 优化器做出更好的决策，选择更优的执行计划。我们使用上述命令查看 person 表的统计信息。

图中总行数为 100064 行（由于 MySQL 的统计信息是一个估算，多出 64 行是正常的），CPU 成本是 100064 * 0.2 = 20012.8 左右。

数据长度是 5783552 字节。对于 InnoDB 存储引擎来说，5783552 就是聚簇索引占用的空间，等于聚簇索引的页数量 * 每个页面的大小。InnoDB 每个页面的大小是 16KB，因此我们可以算出页的数量是 353，因此 IO 成本是 353 左右。

所以，全表扫描的总成本是 20365.8 左右。

追踪 MySQL 选择索引的过程

select * from person where NAME>'name84059' and create_time>'2023-04-15 13:00:00'

上面这条语句可能执行的策略有：

• 使用 name_score 索引；
• 使用 create_time 索引；
• 全表扫描；

接着我们开启 OPTIMIZER_TRACE 追踪：

SET OPTIMIZER_TRACE="enabled=on",END_MARKERS_IN_JSON=on;
SET optimizer_trace_offset=-30, optimizer_trace_limit=30;

依次执行下面的语句。

select * from person where NAME >'name84059';
select * from person where create_time>'2023-04-15 13:00:00';
select * from person;

然后查看追踪结果：

select * from information_schema.OPTIMIZER_TRACE;
SET optimizer_trace="enabled=off";

我从 OPTIMIZER_TRACE 的执行结果中，摘出了几个重要片段来重点分析：

1、使用 name_score 对 name84059<name 条件进行索引扫描需要扫描 26420 行，成本是 31705。

30435 是查询二级索引的 IO 成本和 CPU 成本之和，再加上回表查询聚簇索引的 IO 成本和 CPU 成本之和。

{
    "index": "idx_name_score",
    "ranges": [
        "name84059 < name"
    ] /* ranges */,
    "index_dives_for_eq_ranges": true,
    "rowid_ordered": false,
    "using_mrr": false,
    "index_only": false,
    "rows": 26420,
    "cost": 31705,
    "chosen": true
}

2、使用 create_time 进行索引扫描需要扫描 27566 行，成本是 33080。

{
    "index": "idx_create_time",
    "ranges": [
        "2023-04-15 13:00:00 < create_time"
    ] /* ranges */,
    "index_dives_for_eq_ranges": true,
    "rowid_ordered": false,
    "using_mrr": false,
    "index_only": false,
    "rows": 27566,
    "cost": 33080,
    "chosen": true
}

3、全表扫描 100064 条记录的成本是 20366。

{
    "considered_execution_plans": [
        {
            "plan_prefix": [
            ] /* plan_prefix */,
            "table": "`person`",
            "best_access_path": {
                "considered_access_paths": [
                    {
                        "access_type": "scan",
                        "rows": 100064,
                        "cost": 20366,
                        "chosen": true
                    }
                ] /* considered_access_paths */
            } /* best_access_path */,
            "cost_for_plan": 20366,
            "rows_for_plan": 100064,
            "chosen": true
        }
    ] /* considered_execution_plans */
}

所以 MySQL 最终选择了全表扫描方式作为执行计划。

把 SQL 中的 create_time 条件从 13:00 改为 15:00，再次分析 OPTIMIZER_TRACE 可以看到：

{
    "index": "idx_create_time",
    "ranges": [
        "2023-04-15 15:00:00 < create_time"
    ] /* ranges */,
    "index_dives_for_eq_ranges": true,
    "rowid_ordered": false,
    "using_mrr": false,
    "index_only": false,
    "rows": 6599,
    "cost": 7919.8,
    "chosen": true
}

因为是查询更晚时间的数据，走 create_time 索引需要扫描的行数从 33080 减少到了 7919.8。这次走这个索引的成本 7919.8 小于全表扫描的 20366，更小于走 name_score 索引的 31705。

所以这次执行计划选择的是走 create_time 索引。

人工干预

优化器有时会因为统计信息的不准确或成本估算的问题，实际开销会和 MySQL 统计出来的差距较大，导致 MySQL 选择错误的索引或是直接选择走全表扫描，这个时候就需要人工干预，使用强制索引了。

比如，像这样强制走 name_score 索引：

explain select * from person FORCE INDEX(name_score) where NAME >'name84059' and create_time>'2023-04-15 13:00:00'

封面