故障分析 | MySQL 派生表优化

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一、问题 SQL

原 SQL 如下：
  1. select name,count(name) from bm_id a left JOIN
  2.     (select TaskName from up_pro_accept_v3_bdc
  3.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_hsjs
  4.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_hszjj
  5.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_hzl
  6.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_kjyw
  7.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_kpzzzxwx
  8.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_qdzc
  9.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_rsj
  10.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_sjba
  11.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_spk
  12.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_test
  13.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_wygl
  14.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_yms
  15.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3_zjj
  16.         union all select TaskName from up_pro_accept_v3w) t
  17.     on  a.zxi = t.TaskName  group by name

这是一个统计类的 SQL，直接执行跑了好几个小时都没有结束，所以暂时不知道实际耗时，因为实在是太久了~

二、执行计划

老步骤，我们先看下执行计划，如下图：

这里 SQL 执行主要分为 2 个步骤：

1. 顺序扫描每个 up_pro_accept 开头的子表数据，最终组成 t 表(派生表)。

  • 扫描 t 表(派生表) 相关的所有子表，可以看到这里每张子表走的都是 全表扫描，有些表较大，有 100 多 w，检索较慢。

2. a 表(bm_id) 与  t表(派生表) 进行关联查询，得到最后的结果。

  • t 表 (派生表) 作为 被驱动表 大约 164W 行 左右，与 a 表做关联查询时走的是 全表扫描(ALL)， a 表(bm_id) 作为 驱动表 大约 1.3W 行 左右，也就是说，表关联需要全表扫描 t 表(派生表) 1.3W 次，而每次都需要扫描 164W 行 数据，显然 SQL 的绝大部分时间其实都花在这一步上。

那么其实 SQL 优化也分为了 2 步，首先是多张子表的全表扫描，是否可以用索引扫描替换，加快数据检索。

而后是主要的环节，这个派生表作为被驱动表时，是否可以走索引？如果不能走索引，有没有其他方式减少 SQL 开销？

三、派生表

既然这个 SQL 优化涉及到了派生表，那么我们先看下何谓派生表，派生表有什么特性？
Derivedtable(派生表) 实际上是一种特殊的 subquery(子查询)，它位于 SQL 语句中 FROM 子句 里面，可以看做是一个单独的表。

MySQL 5.7 之前的处理都是对 Derived table(派生表) 进行 Materialize(物化)，生成一个 临时表 用于保存 Derived table(派生表) 的结果，然后利用 临时表 来协助完成其他父查询的操作，比如 JOIN 等操作。

MySQL 5.7 中对 Derived table(派生表) 做了一个新特性，该特性允许将符合条件的 Derived table(派生表) 中的子表与父查询的表合并进行直接 JOIN，类似于 Oracle 中的 子查询展开，由优化器参数 optimizer_switch='derived_merge=ON' 来控制，默认为 打开。

但是 derived_merge 特性存在很多限制，当派生子查询存在以下操作时，该特性无法生效。DISTINCT、 GROUP BY、 UNION/UNION ALL 、 HAVING、 关联子查询、 LIMIT/OFFSET 以及 聚合操作 等。

举个简单例子：

其中 a 表就是一个派生表
1. 如果走 derived_merge 特性，那么可以走主键索引，速度非常快。
2. 如果关闭 derived_merge 特性，那么就会走全表扫描，速度非常慢。
  1. select * from (select * from up_pro_accept_v3_bdc) a
  2. where a.rowguid = '185c44aa-c23f-4e6f-bcd2-a38df16e2cc3'

四、SQL 优化

简单介绍了下派生表，下面我们开始尝试优化这个 SQL，步骤分 2 步：
1. 解决多张派生子表 union all 时全表扫描的问题。
2. 解决派生表在关联过程中无法使用索引的问题。

我们先解决问题 1，这个问题比较简单。

因为所有派生子表的查询都是 select TaskName from up_pro_accept_v3_xxx 类似这样，且外部关联字段也是 taskname，所以我们只要在对应表上建立 taskname 的索引即可。

建好索引后，我们再看下执行计划，所有的派生子表都走了 index 扫描，那么问题 1 基本解决了，但是由于 t 表(派生表) 在关联时还是走的全表扫描，并没有用到 derived_merge 特性，所以 SQL 还是非常非常慢（上万 s）。

接着我们来解决问题 2，这里主要解决派生表无法走索引的问题。

从之前介绍派生表的内容来看，想要派生表走索引，就需要用到 derived_merge 特性，将外部条件推入进子查询，但是这个特性的限制条件也很多，就比如我们这个 SQL，因为子查询里包括了 union all，那么该 SQL 是无法利用到 derived_merge 特性的，因此无法直接走索引过滤。
既然无法在原有 SQL 的基础上优化，那么我们只能考虑改写 SQL，通过 SQL 改写来达到优化的目的。
这里 SQL 其实是因为 驱动表 bm_id 最终是和派生表作表关联，导致无法利用索引，我们可以尝试将 驱动表 bm_id 也放到子查询中，只要前后语义是一致的，那么改写就没问题。这样就可以在子查询里就走完表关联，剩下的就是外部的分组排序，我们尝试下。
  1. /* 改写后 SQL */
  2. SELECT NAME
  3.     ,count(NAME)
  4. FROM (
  5.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_bdc bdc ON bm_id.zxi = bdc.TaskName
  6.     UNION ALL
  7.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_hsjs hsjs ON bm_id.zxi = hsjs.TaskName
  8.     UNION ALL
  9.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_hszjj hszjj ON bm_id.zxi = hszjj.TaskName
  10.     UNION ALL
  11.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_hzl hzl ON bm_id.zxi = hzl.TaskName
  12.     UNION ALL
  13.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_kjyw kjyw ON bm_id.zxi = kjyw.TaskName
  14.     UNION ALL
  15.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_kpzzzxwx kp ON bm_id.zxi = kp.TaskName
  16.     UNION ALL
  17.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_qdzc qdzc ON bm_id.zxi = qdzc.TaskName
  18.     UNION ALL
  19.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_rsj rsj ON bm_id.zxi = rsj.TaskName
  20.     UNION ALL
  21.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_sjba sjba ON bm_id.zxi = sjba.TaskName
  22.     UNION ALL
  23.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_spk spk ON bm_id.zxi = spk.TaskName
  24.     UNION ALL
  25.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_test test ON bm_id.zxi = test.TaskName
  26.     UNION ALL
  27.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_wygl wygl ON bm_id.zxi = wygl.TaskName
  28.     UNION ALL
  29.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_yms yms ON bm_id.zxi = yms.TaskName
  30.     UNION ALL
  31.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3_zjj zjj ON bm_id.zxi = zjj.TaskName
  32.     UNION ALL
  33.     SELECT NAME FROM bm_id LEFT JOIN up_pro_accept_v3w v3w ON bm_id.zxi = v3w.TaskName
  34.     ) t
  35. GROUP BY t.name
再来看下改写后的 SQL 执行计划，发现确实如我们预想的，在子查询中可以通过索引来进行表关联（ 被驱动表 type 为 ref），然后 union all 汇聚数据，形成派生表，最后扫描派生表进行分组排序。

这里分组排序时只需要 全表扫描一次派生表 就可以得到结果，效率比之前快太多了！

改写后的 SQL 运行耗时为 13s 左右，速度快很多！

五、测试验证

为了严谨性，我们需要验证改写后的 SQL 结果集是否与原始 SQL 一致，也就是证明下这样改写 SQL 是否会产生语义上的变化，如果为了优化 SQL，连结果集都不准了，那就没意义了~

这里因为原始 SQL 执行太久，没法直接得到结果集对比，那么我们只能通过手动创建临时表来记录子查询结果集，然后再与 bm_id 表 关联查询，由于我们可以在临时表上创建索引，就不会出现原始 SQL 那种全表扫描的问题啦。

具体操作如下：
1. 创建临时表（带索引）
  1. CREATE TABLE `tmp_up` (
  2.   `taskname` varchar(500) DEFAULT NULL,
  3.   KEY `idx_taskname` (`taskname`));
2. 将子查询结果插入至临时表
  1. insert into tmp_up
  2. select taskname from up_pro_accept_v3_bdc
  3. union all select taskname up_pro_accept_v3_hsjs
  4. ......

3. 使用临时表代替子查询

  1. select name,count(name) from bm_id a left JOIN
  2.             (select TaskName from tmp_up )t
  3.     on  a.zxi = t.TaskName  group by name

4. 对比下查询结果是否一致

惊讶的发现改写 SQL 的结果集会多出来很多？这里可以确认走临时表的结果集是肯定没问题的，那么问题肯定出在改写 SQL 上！

回头再仔细想一下，结合小测试，发现这样改写 SQL 确实会改变语义，问题主要是出在 LEFT JOIN，原本 bm_id 只做了 一次表关联，而改写 SQL 后，要做 多次表关联，导致最后的结果集会多出来一部分因为 LEFT JOIN 而产生的重复数据。

如果是 INNER JOIN，其实就不会产生重复数据，我们也测试下，结果确实如所想，内联是没问题的~

六、个人总结

这次 SQL 优化案例个人感觉是比较有难度的，很多点自己一开始也没有想到。就比如 SQL 改写，一开始以为是没有语义上的区别，直到做了测试才知道，所以啊，很多时候不能盲目自信啊。
针对这个 SQL 来说，想要直接通过改写 SQL 优化还是比较难的，当然这里说的是不改变语义的情况下，我暂时没有想到好的改写方式，也许是火候还不够。

解决方式总结有 2 个：

1. 用 内联 替代 左联，然后使用上述的改写 SQL，优点是 比较方便且查询速度较快，但是 结果集会变化。
2. 通过 临时表 代替 子查询，缺点是 比较繁琐，需要多个步骤实现，优点是 速度也较快 且 结果集不会变化。
附录：
http://mysql.taobao.org/monthly/2017/03/05/
https://blog.csdn.net/sun_ashe/article/details/89522394
https://imysql.com/node/103
https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/derived-table-optimization.html
分类： 故障分析
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