Explain详解与索引优化实践

为什么要用explain

使用EXPLAIN关键字可以模拟优化器执行SQL语句，从而知道MySQL是如何处理你的SQL语句的。分析你的查询语句或是结构的性能瓶颈

如何使用explain

下面是使用 explain 的例子：
在 select 语句之前增加 explain 关键字，MySQL 会在查询上设置一个标记，执行查询时，会返回执行计划的信息，而不是执行这条SQL（如果 from 中包含子查询，仍会执行该子查询，将结果放入临时表中）

DROP TABLE IF EXISTS `actor`;
CREATE TABLE `actor` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `name` varchar(45) DEFAULT NULL,
  `update_time` datetime DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `actor` (`id`, `name`, `update_time`) VALUES (1,"a","2017-12-22 15:27:18"), (2,"b","2017-12-22 15:27:18"), (3,"c","2017-12-22 15:27:18");

DROP TABLE IF EXISTS `film`;
CREATE TABLE `film` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(10) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `film` (`id`, `name`) VALUES (3,"film0"),(1,"film1"),(2,"film2");

DROP TABLE IF EXISTS `film_actor`;
CREATE TABLE `film_actor` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `film_id` int(11) NOT NULL,
  `actor_id` int(11) NOT NULL,
  `remark` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_film_actor_id` (`film_id`,`actor_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `film_actor` (`id`, `film_id`, `actor_id`) VALUES (1,1,1),(2,1,2),(3,2,1);

代码100分

开始实战讲解
mysql> explain select * from actor;
在查询中的每个表会输出一行，如果有两个表通过 join 连接查询，那么会输出两行。表的意义相当广泛：可以是子查询、一个 union 结果等。

1、explain 有两个变种：
（1）explain extended：会在 explain 的基础上额外提供一些查询优化的信息。紧随其后通过 show warnings 命令可以 得到优化后的查询语句，从而看出优化器优化了什么。额外还有 filtered 列，是一个半分比的值，rows * filtered/100 可以估算出将要和 explain 中前一个表进行连接的行数（前一个表指 explain 中的id值比当前表id值小的表）。
mysql> explain extended select * from film where id = 1;
mysql> show warnings；
（2）explain partitions：相比 explain 多了个 partitions 字段，如果查询是基于分区表的话，会显示查询将访问的分区。

2、explain 中的列
接下来我们将展示 explain 中每个列的信息。
（1）id列
id列的编号是 select 的序列号，有几个 select 就有几个id，并且id的顺序是按 select 出现的顺序增长的。
MySQL将 select 查询分为简单查询(SIMPLE)和复杂查询(PRIMARY)。
复杂查询分为三类：简单子查询、派生表（from语句中的子查询）、union 查询。
id列越大执行优先级越高，id相同则从上往下执行，id为NULL最后执行
1）简单子查询
mysql> explain select (select 1 from actor limit 1) from film;
2）from子句中的子查询
mysql> explain select id from (select id from film) as der;
这个查询执行时有个临时表别名为der，外部 select 查询引用了这个临时表
3）union查询
mysql> explain select 1 union all select 1;
union结果总是放在一个匿名临时表中，临时表不在SQL中出现，因此它的id是NULL。
（2）select_type列
select_type 表示对应行是简单还是复杂的查询，如果是复杂的查询，又是上述三种复杂查询中的哪一种。
1）simple：简单查询。查询不包含子查询和union
mysql> explain select * from film where id = 2;
2）primary：复杂查询中最外层的 select
3）subquery：包含在 select 中的子查询（不在 from 子句中）
4）derived：包含在 from 子句中的子查询。MySQL会将结果存放在一个临时表中，也称为派生表（derived的英文含义）
用这个例子来了解 primary、subquery 和 derived 类型
mysql> explain select (select 1 from actor where id = 1) from (select * from film where id = 1) der;
5）union：在 union 中的第二个和随后的 select
6）union result：从 union 临时表检索结果的 select
用这个例子来了解 union 和 union result 类型：
mysql> explain select 1 union all select 1;
（3）table列
这一列表示 explain 的一行正在访问哪个表。
当 from 子句中有子查询时，table列是<derivenN 格式，表示当前查询依赖 id=N 的查询，于是先执行 id=N 的查询。
当有 union 时，UNION RESULT 的 table 列的值为<union1,2>，1和2表示参与 union 的 select 行id。
（4）type列
这一列表示关联类型或访问类型，即MySQL决定如何查找表中的行，查找数据行记录的大概范围。
依次从最优到最差分别为：system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL
一般来说，得保证查询达到range级别，最好达到ref
NULL：mysql能够在优化阶段分解查询语句，在执行阶段用不着再访问表或索引。例如：在索引列中选取最小值，可以单独查找索引来完成，不需要在执行时访问表
mysql> explain select min(id) from film;
const, system：mysql能对查询的某部分进行优化并将其转化成一个常量（可以看show warnings 的结果）。用于 primary key 或 unique key 的所有列与常数比较时，所以表最多有一个匹配行，读取1次，速度比较快。system是const的特例，表里只有一条元组匹配时为system
mysql> explain extended select * from (select * from film where id = 1) tmp;
mysql> show warnings;
eq_ref：primary key 或 unique key 索引的所有部分被连接使用 ，最多只会返回一条符合条件的记录。这可能是在 const 之外最好的联接类型了，简单的 select 查询不会出现这种 type。
mysql> explain select * from film_actor left join film on film_actor.film_id = film.id;
ref：相比 eq_ref，不使用唯一索引，而是使用普通索引或者唯一性索引的部分前缀，索引要和某个值相比较，可能会找到多个符合条件的行。
1 . 简单 select 查询，name是普通索引（非唯一索引） mysql> explain select * from film where name = “film1”;
2.关联表查询，idx_film_actor_id是film_id和actor_id的联合索引，这里使用到了film_actor的左边前缀film_id部分。 mysql> explain select film_id from film left join film_actor on film.id = film_actor.film_id;
range：范围扫描通常出现在 in(), between ,> ,<, >= 等操作中。使用一个索引来检索给定范围的行。
mysql> explain select * from actor where id > 1;
index：扫描全表索引，这通常比ALL快一些。（index是从索引中读取的，而all是从硬盘中读取）
mysql> explain select * from film;
ALL：即全表扫描，意味着mysql需要从头到尾去查找所需要的行。通常情况下这需要增加索引来进行优化了
mysql> explain select * from actor;
（5）possible_keys列
这一列显示查询可能使用哪些索引来查找。
explain 时可能出现 possible_keys 有列，而 key 显示 NULL 的情况，这种情况是因为表中数据不多，mysql认为索引对此查询帮助不大，选择了全表查询。
如果该列是NULL，则没有相关的索引。在这种情况下，可以通过检查 where 子句看是否可以创造一个适当的索引来提高查询性能，然后用 explain 查看效果。
（6）key列
这一列显示mysql实际采用哪个索引来优化对该表的访问。
如果没有使用索引，则该列是 NULL。如果想强制mysql使用或忽视possible_keys列中的索引，在查询中使用 force index、ignore index。
（7）key_len列
这一列显示了mysql在索引里使用的字节数，通过这个值可以算出具体使用了索引中的哪些列。
举例来说，film_actor的联合索引 idx_film_actor_id 由 film_id 和 actor_id 两个int列组成，并且每个int是4字节。通过结果中的key_len=4可推断出查询使用了第一个列：film_id列来执行索引查找。
mysql> explain select * from film_actor where film_id = 2;
key_len计算规则如下：
字符串
char(n)：n字节长度
varchar(n)：2字节存储字符串长度，如果是utf-8，则长度 3n + 2
数值类型
tinyint：1字节
smallint：2字节
int：4字节
bigint：8字节
时间类型　
date：3字节
timestamp：4字节
datetime：8字节
如果字段允许为 NULL，需要1字节记录是否为 NULL
索引最大长度是768字节，当字符串过长时，mysql会做一个类似左前缀索引的处理，将前半部分的字符提取出来做索引。
（8）ref列
这一列显示了在key列记录的索引中，表查找值所用到的列或常量，常见的有：const（常量），字段名（例：film.id）
（9）rows列
这一列是mysql估计要读取并检测的行数，注意这个不是结果集里的行数。
（10）Extra列
这一列展示的是额外信息。常见的重要值如下：
Using index：查询的列被索引覆盖，并且where筛选条件是索引的前导列，是性能高的表现。一般是使用了覆盖索引(索引包含了所有查询的字段)。对于innodb来说，如果是辅助索引性能会有不少提高
mysql> explain select film_id from film_actor where film_id = 1;
Using where：查询的列未被索引覆盖，where筛选条件非索引的前导列
mysql> explain select * from actor where name = ‘a’;
Using where Using index：查询的列被索引覆盖，并且where筛选条件是索引列之一但是不是索引的前导列，意味着无法直接通过索引查找来查询到符合条件的数据
mysql> explain select film_id from film_actor where actor_id = 1;
NULL：查询的列未被索引覆盖，并且where筛选条件是索引的前导列，意味着用到了索引，但是部分字段未被索引覆盖，必须通过“回表”来实现，不是纯粹地用到了索引，也不是完全没用到索引
mysql>explain select * from film_actor where film_id = 1;
Using index condition：与Using where类似，查询的列不完全被索引覆盖，where条件中是一个前导列的范围；
mysql> explain select * from film_actor where film_id > 1;
Using temporary：mysql需要创建一张临时表来处理查询。出现这种情况一般是要进行优化的，首先是想到用索引来优化。
1 . actor.name没有索引，此时创建了张临时表来distinct mysql> explain select distinct name from actor;
2 . film.name建立了idx_name索引，此时查询时extra是using index,没有用临时表 mysql> explain select distinct name from film;
Using filesort：mysql 会对结果使用一个外部索引排序，而不是按索引次序从表里读取行。此时mysql会根据联接类型浏览所有符合条件的记录，并保存排序关键字和行指针，然后排序关键字并按顺序检索行信息。这种情况下一般也是要考虑使用索引来优化的。
1 . actor.name未创建索引，会浏览actor整个表，保存排序关键字name和对应的id，然后排序name并检索行记录 mysql> explain select * from actor order by name;
2 . film.name建立了idx_name索引,此时查询时extra是using indexmysql> explain select * from film order by name;

代码100分索引最佳实践
使用的表
CREATE TABLE `employees` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(24) NOT NULL DEFAULT "" COMMENT "姓名",
  `age` int(11) NOT NULL DEFAULT "0" COMMENT "年龄",
  `position` varchar(20) NOT NULL DEFAULT "" COMMENT "职位",
  `hire_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT "入职时间",
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name_age_position` (`name`,`age`,`position`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT="员工记录表";

INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES("LiLei",22,"manager",NOW());
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES("HanMeimei", 23,"dev",NOW());
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES("Lucy",23,"dev",NOW());
最佳实践
1 . 全值匹配
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= ‘LiLei’;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= ‘LiLei’ AND age = 22;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= ‘LiLei’ AND age = 22 AND position =‘manager’;

2.最佳左前缀法则
如果索引了多列，要遵守最左前缀法则。指的是查询从索引的最左前列开始并且不跳过索引中的列。
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age = 22 AND position =‘manager’;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE position = ‘manager’;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = ‘LiLei’;

3.不在索引列上做任何操作（计算、函数、（自动or手动）类型转换），会导致索引失效而转向全表扫描
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = ‘LiLei’;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE left(name,3) = ‘LiLei’;

4.存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= ‘LiLei’ AND age = 22 AND position =‘manager’;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= ‘LiLei’ AND age > 22 AND position =‘manager’;

5.尽量使用覆盖索引（只访问索引的查询（索引列包含查询列）），减少select *语句
EXPLAIN SELECT name,age FROM employees WHERE name= ‘LiLei’ AND age = 23 AND position =‘manager’;

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= ‘LiLei’ AND age = 23 AND position =‘manager’;

6.mysql在使用不等于（！=或者<>）的时候无法使用索引会导致全表扫描
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name != ‘LiLei’

7.is null,is not null 也无法使用索引
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name is null

8.like以通配符开头（’$abc…’）mysql索引失效会变成全表扫描操作
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name like ‘%Lei’

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name like ‘Lei%’

问题：解决like’%字符串%"索引不被使用的方法？
a）使用覆盖索引，查询字段必须是建立覆盖索引字段
like KK%相当于=常量，%KK和%KK% 相当于范围
EXPLAIN SELECT name,age,position FROM employees WHERE name like ‘%Lei%’;

b）当覆盖索引指向的字段是varchar(380)及380以上的字段时，覆盖索引会失效！

9.字符串不加单引号索引失效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = ‘1000’;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 1000;

10.少用or,用它连接时很多情况下索引会失效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = ‘LiLei’ or name = ‘HanMeimei’;