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MySQL-11.对索引字段做函数操作会使索引功能失效

MySQL-11.对索引字段做函数操作会使索引功能失效

作者: 王侦 | 来源:发表于2019-08-14 08:46 被阅读11次

1.条件字段函数操作

一个交易系统，其中交易记录表 tradelog 包含交易流水号（tradeid）、交易员 id（operator）、交易时间（t_modified）等字段。

CREATE TABLE `tradelog` (
 `id` int(11) NOT NULL,
 `tradeid` varchar(32) DEFAULT NULL,
 `operator` int(11) DEFAULT NULL,
 `t_modified` time DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`),
 KEY `tradeid` (`tradeid`),
 KEY `t_modified` (`t_modified`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

 select count(*) from tradelog where month(t_modified)=7;

由于 t_modified 字段上有索引，于是你就很放心地在生产库中执行了这条语句，但却发现执行了特别久，才返回了结果。

原因：如果对字段做了函数计算，就用不上索引了，这是 MySQL 的规定。


如果你的 SQL 语句条件用的是 where t_modified='2018-7-1’的话，引擎就会按照上面绿色箭头的路线，快速定位到 t_modified='2018-7-1’需要的结果。

实际上，B+ 树提供的这个快速定位能力，来源于同一层兄弟节点的有序性。

但是，如果计算 month() 函数的话，你会看到传入 7 的时候，在树的第一层就不知道该怎么办了。

也就是说，对索引字段做函数操作，可能会破坏索引值的有序性，因此优化器就决定放弃走树搜索功能。

mysql> explain select count(*) from tradelog where month(t_modified)=7;
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+------+----------+--------------------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys | key        | key_len | ref  | rows | filtered | Extra                    |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+------+----------+--------------------------+
|  1 | SIMPLE      | tradelog | NULL       | index | NULL          | t_modified | 4       | NULL |    1 |   100.00 | Using where; Using index |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+------+----------+--------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.01 sec)

这条语句扫描了整个索引的所有值；Extra 字段的 Using index，表示的是使用了覆盖索引。也就是说，由于在 t_modified 字段加了 month() 函数操作，导致了全索引扫描。

1.1 优化

把 SQL 语句改成基于字段本身的范围查询：

 select count(*) from tradelog where
 -> (t_modified >= '2016-7-1' and t_modified<'2016-8-1') or
 -> (t_modified >= '2017-7-1' and t_modified<'2017-8-1') or 
 -> (t_modified >= '2018-7-1' and t_modified<'2018-8-1');

优化器在个问题上确实有“偷懒”行为，即使是对于不改变有序性的函数，也不会考虑使用索引。比如，对于 select * from tradelog where id + 1 = 10000 这个 SQL 语句，这个加 1操作并不会改变有序性，但是 MySQL 优化器还是不能用 id 索引快速定位到 9999 这一行。所以，需要你在写 SQL 语句的时候，手动改写成 where id = 10000 -1 才可以。

2.隐式类型转换

 select * from tradelog where tradeid=110717;

mysql> explain  select * from tradelog where tradeid=110717;
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | tradelog | NULL       | ALL  | tradeid       | NULL | NULL    | NULL |    1 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+

explain 的结果显示，这条语句需要走全表扫描。你可能也发现了，tradeid 的字段类型是 varchar(32)，而输入的参数却是整型，所以需要做类型转换。

两个问题：

  • 数据类型转换的规则是什么？
  • 为什么有数据类型转换，就需要走全索引扫描？

在MySQL 中，字符串和数字做比较的话，是将字符串转换成数字。

mysql> select "10" > 9;
+----------+
| "10" > 9 |
+----------+
|        1 |
+----------+

select * from tradelog where tradeid=110717;

这条语句相当于：

select * from tradelog where CAST(tradid AS signed int) = 110717;

对索引字段做函数操作，优化器会放弃走树搜索功能。

3.隐式字符编码转换

假设系统里还有另外一个表 trade_detail，用于记录交易的操作细节。为了便于量化分析和复现，往交易日志表 tradelog 和交易详情表 trade_detail 这两个表里插入一些数据。

CREATE TABLE `trade_detail` (
 `id` int(11) NOT NULL,
 `tradeid` varchar(32) DEFAULT NULL,
 `trade_step` int(11) DEFAULT NULL, /* 操作步骤 */
 `step_info` varchar(32) DEFAULT NULL, /* 步骤信息 */
 PRIMARY KEY (`id`),
 KEY `tradeid` (`tradeid`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into tradelog values(1, 'aaaaaaaa', 1000, now());
insert into tradelog values(2, 'aaaaaaab', 1000, now());
insert into tradelog values(3, 'aaaaaaac', 1000, now());
insert into trade_detail values(1, 'aaaaaaaa', 1, 'add');
insert into trade_detail values(2, 'aaaaaaaa', 2, 'update');
insert into trade_detail values(3, 'aaaaaaaa', 3, 'commit');
insert into trade_detail values(4, 'aaaaaaab', 1, 'add');
insert into trade_detail values(5, 'aaaaaaab', 2, 'update');
insert into trade_detail values(6, 'aaaaaaab', 3, 'update again');
insert into trade_detail values(7, 'aaaaaaab', 4, 'commit');
insert into trade_detail values(8, 'aaaaaaac', 1, 'add');
insert into trade_detail values(9, 'aaaaaaac', 2, 'update');
insert into trade_detail values(10, 'aaaaaaac', 3, 'update again');
insert into trade_detail values(11, 'aaaaaaac', 4, 'commit');

查询 id=2 的交易的所有操作步骤信息：

 select d.* from tradelog l, trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and l.id=2;

mysql> explain select d.* from tradelog l, trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and l.id=2;
+----+-------------+-------+------------+-------+-----------------+---------+---------+-------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type  | possible_keys   | key     | key_len | ref   | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+-------+------------+-------+-----------------+---------+---------+-------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | l     | NULL       | const | PRIMARY,tradeid | PRIMARY | 4       | const |    1 |   100.00 | NULL        |
|  1 | SIMPLE      | d     | NULL       | ALL   | NULL            | NULL    | NULL    | NULL  |   11 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+-------+------------+-------+-----------------+---------+---------+-------+------+----------+-------------+
  • 第一行显示优化器会先在交易记录表 tradelog 上查到 id=2 的行，这个步骤用上了主键索引，rows=1 表示只扫描一行；
  • 第二行 key=NULL，表示没有用上交易详情表 trade_detail 上的 tradeid 索引，进行了全表扫描。

在这个执行计划里，是从 tradelog 表中取 tradeid 字段，再去 trade_detail 表里查询匹配字段。因此，我们把 tradelog 称为驱动表，把 trade_detail 称为被驱动表，把 tradeid 称为关联字段。

  • step1.根据 id 在 tradelog 表里找到 L2 这一行；
  • step2.从 L2 中取出 tradeid 字段的值；
  • step3.是根据 tradeid 值到 trade_detail 表中查找条件匹配的行。explain 的结果里面第二行的 key=NULL 表示的就是，这个过程是通过遍历主键索引的方式，一个一个地判断tradeid 的值是否匹配。

现第 3 步不符合我们的预期。因为表 trade_detail 里 tradeid 字段上是有索引的。

原因：

  • 因为这两个表的字符集不同，一个是 utf8，一个是utf8mb4，所以做表连接查询的时候用不上关联字段的索引。
  • 字符集 utf8mb4 是 utf8 的超集，所以当这两个类型的字符串在做比较的时候，MySQL 内部的操作是，先把 utf8 字符串转成 utf8mb4 字符集，再做比较。
    CONVERT(traideid USING utf8mb4)
  • 对索引字段做函数操作，优化器会放弃走树搜索功能。
  • 字符集不同只是条件之一，连接过程中要求在被驱动表的索引字段上加函数操作，是直接导致对被驱动表做全表扫描的原因。

3.1 输入参数加函数仍然可以使用索引

“查找 trade_detail 表里 id=4 的操作，对应的操作者是谁”

mysql> explain select l.operator from tradelog l , trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and d.id=4;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+
| id | select_type | table | partitions | type  | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+
|  1 | SIMPLE      | d     | NULL       | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 |   100.00 | NULL  |
|  1 | SIMPLE      | l     | NULL       | ref   | tradeid       | tradeid | 131     | const |    1 |   100.00 | NULL  |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+
2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

这也是两个 tradeid 字段的 join 操作，为什么这次能用上被驱动表的tradeid 索引呢？

Ans：

  • step1.假设驱动表 trade_detail 里 id=4 的行记为 R4，那么在连接的时候被驱动表 tradelog 上执行的就是类似这样的 SQL 语句：
select operator from tradelog where traideid =$R4.tradeid.value;
  • step2. $R4.tradeid.value 的字符集是 utf8, 按照字符集转换规则，要转成 utf8mb4，改写成：
select operator from tradelog where traideid =CONVERT($R4.tradeid.value USING utf8mb4);

这里的 CONVERT 函数是加在输入参数上的，这样就可以用上被驱动表的 traideid 索引。

3.2 优化

select d.* from tradelog l, trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and l.id=2;
  • 方法1.把 trade_detail 表上的 tradeid 字段的字符集也改成 utf8mb4
alter table trade_detail modify tradeid varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 default null;
  • 方法2.修改SQL语句写法（对输入参数使用函数）
 select d.* from tradelog l , trade_detail d where d.tradeid=CONVERT(l.tradeid USING utf8) and l.id=2; 

mysql> explain select d.* from tradelog l, trade_detail d where d.tradeid=l.tradeid and l.id=2;
+----+-------------+-------+------------+-------+-----------------+---------+---------+-------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type  | possible_keys   | key     | key_len | ref   | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+-------+------------+-------+-----------------+---------+---------+-------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | l     | NULL       | const | PRIMARY,tradeid | PRIMARY | 4       | const |    1 |   100.00 | NULL        |
|  1 | SIMPLE      | d     | NULL       | ALL   | NULL            | NULL    | NULL    | NULL  |   11 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+-------+------------+-------+-----------------+---------+---------+-------+------+----------+-------------+
2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)


mysql> explain  select d.* from tradelog l , trade_detail d where d.tradeid=CONVERT(l.tradeid USING utf8) and l.id=2; 
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+
| id | select_type | table | partitions | type  | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+
|  1 | SIMPLE      | l     | NULL       | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 |   100.00 | NULL  |
|  1 | SIMPLE      | d     | NULL       | ref   | tradeid       | tradeid | 99      | const |    4 |   100.00 | NULL  |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+
2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

主动把 l.tradeid 转成 utf8，就避免了被驱动表上的字符编码转换，从 explain 结果可以看到，这次索引走对了。

4.补充

CREATE TABLE `table_a` (
 `id` int(11) NOT NULL,
 `b` varchar(10) DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`),
 KEY `b` (`b`)
) ENGINE=InnoDB;

假设现在表里面，有 100 万行数据，其中有 10 万行数据的 b 的值是’1234567890’。SQL语句如下：

 select * from table_a where b='1234567890abcd';

最理想的情况是，MySQL 看到字段 b 定义的是 varchar(10)，那肯定返回空呀。可惜，MySQL并没有这么做。

执行流程：

  • step1.在传给引擎执行的时候，做了字符截断。因为引擎里面这个行只定义了长度是 10，所以只截了前 10 个字节，就是’1234567890’进去做匹配；
  • step2. 这样满足条件的数据有 10 万行；
  • step3. 因为是 select *， 所以要做 10 万次回表；
  • step4. 但是每次回表以后查出整行，到 server 层一判断，b 的值都不是’1234567890abcd’;
  • step5. 返回结果是空。

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