揭秘MySQL的优化器提示（Optimizer Hints）：如何利用FORCE INDEX与JOIN ORDER干预查询执行计划（Execution Plan）？

揭秘MySQL的优化器提示（Optimizer Hints）：如何利用FORCE INDEX与JOIN ORDER干预查询执行计划（Execution Plan）

大家好，今天我们来深入探讨MySQL优化器提示（Optimizer Hints）这一强大工具，特别是聚焦于FORCE INDEX和JOIN ORDER这两个常用的提示，看看如何利用它们来干预查询执行计划，从而提升查询性能。

MySQL优化器负责决定如何执行SQL查询，它会根据各种因素（如表的大小、索引、数据分布等）选择最佳的执行计划。然而，优化器并非总是能做出最优决策。在某些情况下，我们可以通过优化器提示来引导优化器，强制其使用特定的索引或连接顺序，从而获得更好的性能。

什么是优化器提示？

优化器提示是一种嵌入在SQL语句中的特殊注释，用于向MySQL优化器提供关于如何执行查询的建议。这些提示可以影响优化器的决策，例如选择哪个索引、使用哪种连接算法或以何种顺序连接表。

为什么要使用优化器提示？

• 优化器错误估计： 优化器依赖于统计信息来估计查询成本。如果统计信息不准确，优化器可能会选择次优的执行计划。
• 复杂查询： 对于复杂的查询，优化器可能难以找到最佳的执行计划。
• 特定场景优化： 在某些特定场景下，我们可能比优化器更了解数据的分布和特性，因此可以手动引导优化器。
• 规避优化器bug： 偶尔，优化器本身可能存在bug，导致选择错误的执行计划。

语法

优化器提示通常以/*+ ... */或/*! ... */的形式嵌入在SQL语句中。/*+ */是标准的提示语法，/*! */是MySQL特定的提示语法，允许在其他数据库系统中作为注释忽略。

FORCE INDEX：强制使用索引

FORCE INDEX提示用于强制MySQL使用指定的索引。即使优化器认为使用其他索引或不使用索引可能更好，它也会遵循FORCE INDEX的指示。

语法:

SELECT * FROM table_name FORCE INDEX (index_name) WHERE condition;

其中：

• table_name 是要查询的表名。
• index_name 是要强制使用的索引名。
• condition 是查询条件。

示例:

假设我们有一个名为 orders 的表，其中包含 customer_id 和 order_date 列，并且在 customer_id 列上创建了索引 idx_customer_id。

CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    customer_id INT,
    order_date DATE,
    amount DECIMAL(10, 2),
    INDEX idx_customer_id (customer_id)
);

-- 插入一些示例数据
INSERT INTO orders (order_id, customer_id, order_date, amount) VALUES
(1, 101, '2023-01-01', 100.00),
(2, 102, '2023-01-02', 200.00),
(3, 101, '2023-01-03', 150.00),
(4, 103, '2023-01-04', 300.00),
(5, 102, '2023-01-05', 250.00);

现在，我们想要查询 customer_id 为 101 的所有订单。

SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 101;

如果优化器没有选择使用 idx_customer_id 索引，我们可以使用 FORCE INDEX 强制它使用该索引：

SELECT * FROM orders FORCE INDEX (idx_customer_id) WHERE customer_id = 101;

何时使用 FORCE INDEX？

• 优化器错误地选择了全表扫描： 当优化器认为全表扫描比使用索引更快时，可能会发生这种情况。如果全表扫描的成本很高，我们可以使用 FORCE INDEX 来强制使用索引。
• 优化器选择了错误的索引： 如果表上有多个索引，优化器可能会选择一个次优的索引。我们可以使用 FORCE INDEX 来强制使用最佳的索引。
• 数据分布倾斜： 如果数据分布倾斜，优化器可能会做出错误的估计。例如，如果某个索引值非常常见，优化器可能会认为使用该索引的成本很高，但实际上使用该索引仍然比全表扫描更快。

示例：数据倾斜的情况

假设 orders 表中 customer_id 为 101 的订单数量非常多，而其他 customer_id 的订单数量很少。 优化器可能认为使用 idx_customer_id 索引的成本很高，因为它需要扫描大量的行。

-- 假设有大量的 customer_id = 101 的订单
INSERT INTO orders (order_id, customer_id, order_date, amount)
SELECT order_id + (SELECT MAX(order_id) FROM orders), 101, '2023-01-06', 100.00
FROM orders
LIMIT 1000;

在这种情况下，即使 customer_id 为 101 的订单数量很多，使用 idx_customer_id 索引仍然可能比全表扫描更快。我们可以使用 FORCE INDEX 来强制使用索引。

注意事项：

• 过度使用 FORCE INDEX 可能会导致性能下降。只有在确定优化器选择了错误的执行计划时才应该使用它。
• 在使用 FORCE INDEX 之前，应该先分析查询的执行计划，确定优化器是否确实选择了错误的索引。可以使用 EXPLAIN 语句来查看查询的执行计划。
• 在某些情况下，更新表的统计信息可能会解决优化器选择错误索引的问题。可以使用 ANALYZE TABLE 语句来更新表的统计信息。

JOIN ORDER：强制连接顺序

JOIN ORDER 提示用于强制MySQL按照指定的顺序连接表。在多表连接查询中，连接顺序会显著影响查询性能。

语法:

SELECT * FROM table1 JOIN table2 JOIN table3 ... WHERE condition;

-- 使用 STRAIGHT_JOIN 强制连接顺序
SELECT * FROM table1 STRAIGHT_JOIN table2 STRAIGHT_JOIN table3 ... WHERE condition;

-- 或者使用 /*+  */ 提示
SELECT /*+ JOIN_ORDER(table1, table2, table3) */ * FROM table1 JOIN table2 JOIN table3 ... WHERE condition;

其中：

• table1, table2, table3 是要连接的表名。
• condition 是连接条件。

示例:

假设我们有三个表：customers、orders 和 order_items。

CREATE TABLE customers (
    customer_id INT PRIMARY KEY,
    customer_name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    customer_id INT,
    order_date DATE,
    FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(customer_id)
);

CREATE TABLE order_items (
    order_item_id INT PRIMARY KEY,
    order_id INT,
    product_id INT,
    quantity INT,
    FOREIGN KEY (order_id) REFERENCES orders(order_id)
);

-- 插入一些示例数据
INSERT INTO customers (customer_id, customer_name) VALUES
(101, 'Alice'),
(102, 'Bob'),
(103, 'Charlie');

INSERT INTO orders (order_id, customer_id, order_date) VALUES
(1, 101, '2023-01-01'),
(2, 102, '2023-01-02'),
(3, 101, '2023-01-03');

INSERT INTO order_items (order_item_id, order_id, product_id, quantity) VALUES
(1, 1, 1001, 2),
(2, 2, 1002, 1),
(3, 3, 1001, 3);

我们想要查询所有客户的订单信息和订单明细。

SELECT
    c.customer_name,
    o.order_date,
    oi.product_id,
    oi.quantity
FROM
    customers c
JOIN
    orders o ON c.customer_id = o.customer_id
JOIN
    order_items oi ON o.order_id = oi.order_id;

如果优化器没有按照我们期望的顺序连接表（例如，我们希望先连接 customers 和 orders，然后再连接 order_items），我们可以使用 STRAIGHT_JOIN 或 JOIN_ORDER 提示来强制连接顺序：

-- 使用 STRAIGHT_JOIN
SELECT
    c.customer_name,
    o.order_date,
    oi.product_id,
    oi.quantity
FROM
    customers c
STRAIGHT_JOIN
    orders o ON c.customer_id = o.customer_id
STRAIGHT_JOIN
    order_items oi ON o.order_id = oi.order_id;

-- 使用 JOIN_ORDER 提示
SELECT /*+ JOIN_ORDER(customers, orders, order_items) */
    c.customer_name,
    o.order_date,
    oi.product_id,
    oi.quantity
FROM
    customers c
JOIN
    orders o ON c.customer_id = o.customer_id
JOIN
    order_items oi ON o.order_id = oi.order_id;

何时使用 JOIN ORDER？

• 优化器选择了错误的连接顺序： 不同的连接顺序可能会导致不同的性能。如果优化器选择了错误的连接顺序，我们可以使用 JOIN ORDER 来强制使用最佳的连接顺序。
• 中间结果集过大： 如果某个连接产生了过大的中间结果集，可能会导致性能下降。我们可以使用 JOIN ORDER 来调整连接顺序，从而减少中间结果集的大小。
• 星型模式： 在星型模式中，通常先连接维度表和事实表，然后再连接其他维度表。我们可以使用 JOIN ORDER 来强制按照星型模式的连接顺序进行连接。

示例：中间结果集过大的情况

假设 orders 表中有大量的订单，而 customers 表中的客户数量很少。如果优化器先连接 orders 和 order_items，然后再连接 customers，可能会产生过大的中间结果集。因为orders 与 order_items连接后会有大量的数据，再与customers连接会遍历大量的数据。

在这种情况下，我们可以使用 JOIN ORDER 来强制先连接 customers 和 orders，然后再连接 order_items，从而减少中间结果集的大小。

注意事项：

• 与FORCE INDEX类似，过度使用 JOIN ORDER 可能会导致性能下降。 只有在确定优化器选择了错误的连接顺序时才应该使用它。
• 在使用 JOIN ORDER 之前，应该先分析查询的执行计划，确定优化器是否确实选择了错误的连接顺序。可以使用 EXPLAIN 语句来查看查询的执行计划。
• STRAIGHT_JOIN 实际上是指定了连接顺序，但是它不允许优化器重新排序表。 而 JOIN_ORDER 提示只是给优化器一个建议，优化器仍然可以根据自己的判断来选择最终的连接顺序。

使用 EXPLAIN 分析执行计划

在应用任何优化器提示之前，务必使用 EXPLAIN 语句分析查询的执行计划。EXPLAIN 语句可以显示MySQL优化器如何执行查询，包括使用的索引、连接顺序以及其他重要的执行细节。

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 101;

EXPLAIN SELECT
    c.customer_name,
    o.order_date,
    oi.product_id,
    oi.quantity
FROM
    customers c
JOIN
    orders o ON c.customer_id = o.customer_id
JOIN
    order_items oi ON o.order_id = oi.order_id;

通过分析 EXPLAIN 的输出，我们可以了解优化器是否选择了最佳的执行计划，并确定是否需要使用优化器提示来干预优化器的决策。

常见的 EXPLAIN 输出列及其含义：

列名	含义
id	查询的标识符。对于复杂的查询，可能包含多个 id 值，表示不同的子查询或连接操作。
select_type	查询的类型，例如 SIMPLE (简单查询), PRIMARY (主查询), SUBQUERY (子查询), DERIVED (派生表) 等。
table	查询涉及的表名。
partitions	如果表是分区表，则显示使用的分区。
type	连接类型，表示MySQL如何查找表中的行。常见的类型包括 system, const, eq_ref, ref, range, index, ALL。 性能从好到坏依次递减。
possible_keys	可能使用的索引。
key	实际使用的索引。
key_len	索引的长度，表示使用的索引列的数量。
ref	用于索引查找的列或常量。
rows	估计需要扫描的行数。
filtered	通过条件过滤的行数的百分比。
Extra	包含有关MySQL如何执行查询的额外信息。例如，Using index 表示使用了覆盖索引， Using where 表示使用了 WHERE 子句进行过滤， Using temporary 表示使用了临时表， Using filesort 表示使用了文件排序。

示例：分析 EXPLAIN 输出

假设我们执行了以下查询，并使用 EXPLAIN 分析了其执行计划：

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 101;

EXPLAIN 的输出可能如下所示：

+----+-------------+--------+------------+-------+-----------------+-----------------+---------+-------+------+----------+-------+
| id | select_type | table  | partitions | type  | possible_keys   | key             | key_len | ref   | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+--------+------------+-------+-----------------+-----------------+---------+-------+------+----------+-------+
|  1 | SIMPLE      | orders | NULL       | ref   | idx_customer_id | idx_customer_id | 4       | const |    5 |   100.00 | NULL  |
+----+-------------+--------+------------+-------+-----------------+-----------------+---------+-------+------+----------+-------+

从 EXPLAIN 的输出可以看出：

• type 为 ref，表示使用了索引进行查找。
• key 为 idx_customer_id，表示实际使用了 idx_customer_id 索引。
• rows 为 5，表示估计需要扫描 5 行。

这意味着优化器选择了使用 idx_customer_id 索引，并且估计需要扫描的行数较少。 这通常是一个好的执行计划。

但是，如果 EXPLAIN 的输出显示 type 为 ALL，key 为 NULL，rows 为表的总行数，则表示优化器选择了全表扫描，没有使用索引。 在这种情况下，我们可以使用 FORCE INDEX 来强制使用索引。

总结：

• 优化器提示是一种强大的工具，可以用于干预MySQL优化器的决策，从而提升查询性能。
• FORCE INDEX 提示用于强制MySQL使用指定的索引。
• JOIN ORDER 提示用于强制MySQL按照指定的顺序连接表。
• 在使用优化器提示之前，应该先使用 EXPLAIN 语句分析查询的执行计划。
• 过度使用优化器提示可能会导致性能下降。

优化器提示的局限性

虽然优化器提示功能强大，但也有一些局限性：

• 维护成本： 当数据库结构或数据发生变化时，可能需要更新优化器提示。
• 可移植性： 不同的数据库系统可能支持不同的优化器提示语法。
• 过度依赖： 过度依赖优化器提示可能会掩盖查询设计或数据库结构上的问题。

优化器提示是优化查询性能的辅助手段

优化器提示应该被视为优化查询性能的辅助手段，而不是唯一的解决方案。 最佳的优化方法始终是改进查询设计、优化数据库结构和确保统计信息的准确性。 只有在这些方法都无法解决性能问题时，才应该考虑使用优化器提示。

最后想说的话

掌握 FORCE INDEX 和 JOIN ORDER 只是优化器提示使用的开始。 深入理解MySQL优化器的行为，结合实际场景灵活运用这些提示，才能真正发挥它们的作用，提升数据库的性能。 记住，优化是一个持续的过程，需要不断学习和实践。