MySQL索引背后的之使用策略及优化(1)(2)

情况一：全列匹配。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001' AND title='Senior Engineer' AND from_date='1986-06-26'; 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref               | rows | Extra | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | const | PRIMARY       | PRIMARY | 59      | const,const,const |    1 |       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+ 

很明显，当按照索引中所有列进行精确匹配（这里精确匹配指“=”或“IN”匹配）时，索引可以被用到。这里有一点需要注意，理论上索引对顺序是敏感的，但 是由于MySQL的查询优化器会自动调整where子句的条件顺序以使用适合的索引，例如我们将where中的条件顺序颠倒：

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE from_date='1986-06-26' AND emp_no='10001' AND title='Senior Engineer'; 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref               | rows | Extra | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | const | PRIMARY       | PRIMARY | 59      | const,const,const |    1 |       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+ 

效果是一样的。

情况二：最左前缀匹配。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001'; 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+ 
| id | select_type | table  | type | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | Extra | 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | ref  | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 |       | 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+ 

当查询条件精确匹配索引的左边连续一个或几个列时，如<emp_no>或<emp_no, title>，所以可以被用到，但是只能用到一部分，即条件所组成的最左前缀。上面的查询从分析结果看用到了PRIMARY索引，但是 key_len为4，说明只用到了索引的第一列前缀。

情况三：查询条件用到了索引中列的精确匹配，但是中间某个条件未提供。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001' AND from_date='1986-06-26'; 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | ref  | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 | Using where | 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 

此时索引使用情况和情况二相同，因为title未提供，所以查询只用到了索引的第一列，而后面的from_date虽然也在索引中，但是由于 title不存在而无法和左前缀连接，因此需要对结果进行扫描过滤from_date（这里由于emp_no唯一，所以不存在扫描）。如果想让 from_date也使用索引而不是where过滤，可以增加一个辅助索引<emp_no, from_date>，此时上面的查询会使用这个索引。除此之外，还可以使用一种称之为“隔离列”的优化方法，将emp_no与from_date 之间的“坑”填上。

首先我们看下title一共有几种不同的值：

SELECT DISTINCT(title) FROM employees.titles; 
+--------------------+ 
| title              | 
+--------------------+ 
| Senior Engineer    | 
| Staff              | 
| Engineer           | 
| Senior Staff       | 
| Assistant Engineer | 
| Technique Leader   | 
| Manager            | 
+--------------------+ 

只有7种。在这种成为“坑”的列值比较少的情况下，可以考虑用“IN”来填补这个“坑”从而形成最左前缀：

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles 
WHERE emp_no='10001' 
AND title IN ('Senior Engineer', 'Staff', 'Engineer', 'Senior Staff', 'Assistant Engineer', 'Technique Leader', 'Manager') 
AND from_date='1986-06-26'; 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | range | PRIMARY       | PRIMARY | 59      | NULL |    7 | Using where | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 

这次key_len为59，说明索引被用全了，但是从type和rows看出IN实际上执行了一个range查询，这里检查了7个key。看下两种查询的性能比较：

SHOW PROFILES; 
+----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+ 
| Query_ID | Duration   | Query                                                                         | 
+----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+ 
|       10 | 0.00058000 | SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001' AND from_date='1986-06-26'| 
|       11 | 0.00052500 | SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001' AND title IN ...          | 
+----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+ 

“填坑”后性能提升了一点。如果经过emp_no筛选后余下很多数据，则后者性能优势会更加明显。当然，如果title的值很多，用填坑就不合适了，必须建立辅助索引。

情况四：查询条件没有指定索引第一列。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE from_date='1986-06-26';                   
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | Extra       | 
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 443308 | Using where | 
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+ 

由于不是最左前缀，索引这样的查询显然用不到索引。

情况五：匹配某列的前缀字符串。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001' AND title LIKE 'Senior%'; 
view sourceprint? 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | range | PRIMARY       | PRIMARY | 56      | NULL |    1 | Using where | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 

此时可以用到索引，但是如果通配符不是只出现在末尾，则无法使用索引。

情况六：范围查询。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no<'10010' and title='Senior Engineer'; 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | range | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | NULL |   16 | Using where | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 

范围列可以用到索引（必须是最左前缀），但是范围列后面的列无法用到索引。同时，索引最多用于一个范围列，因此如果查询条件中有两个范围列则无法全用到索引。

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles 
WHERE emp_no<'10010' 
AND title='Senior Engineer' 
AND from_date BETWEEN '1986-01-01' AND '1986-12-31'; 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | range | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | NULL |   16 | Using where | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 

可以看到索引对第二个范围索引无能为力。这里特别要说明MySQL一个有意思的地方，那就是仅用explain可能无法区分范围索引和多值匹配，因为在type中这两者都显示为range。同时，用了“between”并不意味着就是范围查询，例如下面的查询：

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles 
WHERE emp_no BETWEEN '10001' AND '10010' 
AND title='Senior Engineer' 
AND from_date BETWEEN '1986-01-01' AND '1986-12-31'; 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | range | PRIMARY       | PRIMARY | 59      | NULL |   16 | Using where | 
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 

看起来是用了两个范围查询，但作用于emp_no上的“BETWEEN”实际上相当于“IN”，也就是说emp_no实际是多值精确匹配。可以看到这个查询用到了索引全部三个列。因此在MySQL中要谨慎地区分多值匹配和范围匹配，否则会对MySQL的行为产生困惑。

情况七：查询条件中含有函数或表达式。

很不幸，如果查询条件中含有函数或表达式，则MySQL不会为这列使用索引（虽然某些在数学意义上可以使用）。例如：

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no='10001' AND left(title, 6)='Senior'; 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | Extra       | 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | ref  | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 | Using where | 
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 

虽然这个查询和情况五中功能相同，但是由于使用了函数left，则无法为title列应用索引，而情况五中用LIKE则可以。再如：

EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no - 1='10000';                        
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+ 
| id | select_type | table  | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | Extra       | 
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | titles | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 443308 | Using where | 
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+ 

显然这个查询等价于查询emp_no为10001的函数，但是由于查询条件是一个表达式，MySQL无法为其使用索引。看来MySQL还没有智能到自动优化常量表达式的程度，因此在写查询语句时尽量避免表达式出现在查询中，而是先手工私下代数运算，转换为无表达式的查询语句。