MySQL 8.0的隐藏索引（Invisible Index）：如何在线测试新索引的性能影响而不影响生产环境？

MySQL 8.0 隐藏索引：在线测试性能影响而不干扰生产环境

大家好！今天我们来深入探讨 MySQL 8.0 的一个非常实用的特性：隐藏索引（Invisible Index）。我们将重点关注如何利用隐藏索引在生产环境中安全地测试新索引的性能影响，而不会对现有系统的稳定性造成风险。

1. 隐藏索引的概念与价值

在传统数据库管理中，创建一个新的索引可能会对数据库的性能产生显著影响。这种影响可能是积极的，但也可能是消极的。例如，一个设计不佳的索引可能会导致写操作的性能下降，或者占用大量的存储空间。

在生产环境中，直接创建并启用索引进行测试是存在风险的。如果新索引导致性能问题，回滚操作可能非常复杂且耗时，甚至可能导致服务中断。

MySQL 8.0 引入的隐藏索引解决了这个问题。隐藏索引是一种对优化器不可见的索引。也就是说，即使索引存在，优化器也不会考虑使用它来执行查询。这使得我们可以在不影响现有查询计划的情况下，安全地创建和测试新索引。

隐藏索引的主要价值：

• 安全测试： 允许在生产环境中创建索引，但不会立即被使用，从而避免对现有查询产生直接影响。
• 性能评估： 可以通过设置 optimizer_switch 参数来临时启用索引，并观察其对特定查询的性能影响。
• 灵活部署： 可以在不立即生效的情况下创建索引，为未来的性能优化做好准备。
• 简化回滚： 如果隐藏索引的性能测试结果不理想，可以简单地将其删除，而无需复杂的恢复操作。

2. 隐藏索引的语法与操作

2.1 创建隐藏索引

在 MySQL 8.0 中，可以通过 INVISIBLE 关键字来创建隐藏索引。

CREATE INDEX idx_col1 ON table1 (col1) INVISIBLE;

也可以在已存在的索引上设置 INVISIBLE 属性。

ALTER TABLE table1 ALTER INDEX idx_col1 INVISIBLE;

2.2 查看索引的可见性

可以通过 SHOW INDEX 命令来查看索引的可见性。

SHOW INDEX FROM table1;

在结果集中，Visible 列的值将指示索引是否可见。YES 表示可见，NO 表示隐藏。

2.3 使索引可见

可以使用 ALTER TABLE 语句将隐藏索引变为可见。

ALTER TABLE table1 ALTER INDEX idx_col1 VISIBLE;

2.4 删除索引

删除索引的命令与删除普通索引相同。

DROP INDEX idx_col1 ON table1;

2.5 修改表时定义隐藏索引

CREATE TABLE table2 (
    id INT PRIMARY KEY,
    col1 VARCHAR(255),
    col2 INT,
    INDEX idx_col1 (col1) INVISIBLE
);

3. 在生产环境中测试隐藏索引

以下是在生产环境中测试隐藏索引的详细步骤：

3.1 确定需要优化的查询

首先，需要确定需要优化的查询。可以使用 MySQL 的慢查询日志或性能监控工具来识别执行效率低的查询。

例如，假设我们发现以下查询的执行时间较长：

SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31';

3.2 分析查询的执行计划

使用 EXPLAIN 命令分析查询的执行计划，以了解优化器如何执行查询以及可能存在的性能瓶颈。

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31';

分析 EXPLAIN 的输出结果，重点关注以下几个方面：

• type 列：表示访问类型。通常，index、range、ref 等访问类型比 ALL（全表扫描）更有效。
• key 列：表示实际使用的索引。如果此列为 NULL，则表示没有使用索引。
• rows 列：表示优化器估计需要扫描的行数。扫描的行数越少，查询效率越高。
• Extra 列：包含有关查询执行的额外信息，例如 "Using index"（使用覆盖索引）、"Using where"（使用 WHERE 子句）等。

3.3 创建隐藏索引

根据查询的条件和执行计划，创建一个可能提高查询性能的隐藏索引。

例如，针对上面的查询，我们可以创建一个包含 customer_id 和 order_date 列的复合索引：

ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_customer_order (customer_id, order_date) INVISIBLE;

3.4 测试隐藏索引的性能

为了测试隐藏索引的性能，我们需要临时启用它。可以通过设置 optimizer_switch 参数来实现。

SET optimizer_switch='use_invisible_indexes=on';

执行需要优化的查询，并使用 EXPLAIN 命令再次分析执行计划。

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31';

比较启用隐藏索引前后的执行计划。如果 key 列显示使用了新创建的索引，并且 rows 列的值明显减少，则表明该索引可能可以提高查询性能。

3.5 评估性能影响

除了分析执行计划外，还需要实际测量查询的执行时间。可以使用 BENCHMARK() 函数或性能监控工具来测量查询的执行时间。

SELECT BENCHMARK(1000, (SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31'));

在启用隐藏索引前后多次执行查询，并记录执行时间。比较平均执行时间，以评估隐藏索引的性能影响。

3.6 监控数据库的整体性能

在启用隐藏索引进行测试时，需要密切监控数据库的整体性能，例如 CPU 使用率、内存使用率、磁盘 I/O 等。可以使用 MySQL 的性能监控工具或操作系统的监控工具来收集性能数据。

如果发现启用隐藏索引导致数据库的整体性能下降，则需要立即禁用隐藏索引，并重新评估索引的设计。

3.7 使索引可见或删除索引

如果性能测试结果表明隐藏索引可以显著提高查询性能，则可以将其变为可见。

ALTER TABLE orders ALTER INDEX idx_customer_order VISIBLE;

如果性能测试结果不理想，则可以删除该索引。

DROP INDEX idx_customer_order ON orders;

3.8 恢复优化器设置

在完成性能测试后，需要将 optimizer_switch 参数恢复到默认值。

SET optimizer_switch='use_invisible_indexes=off';

4. 示例代码与场景模拟

为了更好地理解隐藏索引的使用方法，我们来看一个更完整的示例。

4.1 创建测试表

CREATE TABLE products (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_name VARCHAR(255) NOT NULL,
    category_id INT NOT NULL,
    price DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
    create_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

INSERT INTO products (product_name, category_id, price) VALUES
('Product A', 1, 10.00),
('Product B', 2, 20.00),
('Product C', 1, 30.00),
('Product D', 3, 40.00),
('Product E', 2, 50.00),
('Product F', 1, 60.00),
('Product G', 3, 70.00),
('Product H', 2, 80.00),
('Product I', 1, 90.00),
('Product J', 3, 100.00);

-- 插入更多数据，使表数据量更大
INSERT INTO products (product_name, category_id, price)
SELECT product_name, category_id, price
FROM products;

INSERT INTO products (product_name, category_id, price)
SELECT product_name, category_id, price
FROM products;

INSERT INTO products (product_name, category_id, price)
SELECT product_name, category_id, price
FROM products;

-- 数据量已经足够了，可以继续插入更多数据，直到达到测试需求

4.2 分析查询

假设我们有一个查询，需要根据 category_id 查找产品。

SELECT * FROM products WHERE category_id = 1;

使用 EXPLAIN 命令分析查询的执行计划。

EXPLAIN SELECT * FROM products WHERE category_id = 1;

如果 key 列为 NULL，则表示没有使用索引。

4.3 创建隐藏索引

ALTER TABLE products ADD INDEX idx_category_id (category_id) INVISIBLE;

4.4 启用隐藏索引并测试

SET optimizer_switch='use_invisible_indexes=on';

EXPLAIN SELECT * FROM products WHERE category_id = 1;

-- 测量查询执行时间
SELECT BENCHMARK(1000, (SELECT * FROM products WHERE category_id = 1));

SET optimizer_switch='use_invisible_indexes=off';

-- 测量查询执行时间
SELECT BENCHMARK(1000, (SELECT * FROM products WHERE category_id = 1));

比较启用隐藏索引前后的执行计划和执行时间，评估索引的性能影响。

4.5 使索引可见或删除索引

根据测试结果，决定是否使索引可见或删除索引。

5. 注意事项与最佳实践

• 谨慎使用： 虽然隐藏索引可以安全地进行性能测试，但仍然需要谨慎使用。在生产环境中启用隐藏索引时，需要密切监控数据库的整体性能。
• 测试范围： 确保测试范围足够广泛，以覆盖所有可能受到影响的查询。
• 性能基准： 在启用隐藏索引之前，建立性能基准，以便更好地评估性能影响。
• 及时清理： 在完成性能测试后，及时清理不再需要的隐藏索引。
• 结合其他工具： 可以结合 MySQL 的其他性能分析工具，例如 Performance Schema、慢查询日志等，来更全面地了解数据库的性能状况。
• 监控指标： 除了关注查询执行时间外，还需要监控其他重要的性能指标，例如 CPU 使用率、内存使用率、磁盘 I/O 等。

6. 隐藏索引与其他索引类型对比

以下表格对比了隐藏索引和其他常见索引类型的特点：

特性	普通索引	唯一索引	全文索引	空间索引	隐藏索引
优化器可见性	可见	可见	可见	可见	默认不可见，可切换
约束	无	唯一性	无	特定空间数据类型	无
适用场景	通用查询	保证唯一性	文本搜索	空间数据查询	性能测试，安全部署
创建方式	CREATE INDEX	CREATE UNIQUE INDEX	CREATE FULLTEXT INDEX	CREATE SPATIAL INDEX	CREATE INDEX INVISIBLE

7. 隐藏索引的限制

虽然隐藏索引是一个非常有用的特性，但它也有一些限制：

• MySQL 版本： 隐藏索引仅在 MySQL 8.0 及更高版本中可用。
• 主键索引： 无法将主键索引设置为隐藏索引。
• 临时表： 隐藏索引不能在临时表中使用。

8. 实际案例分析

假设一个电商网站的 orders 表包含数百万条订单数据。用户经常需要根据订单日期范围查询订单。

SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-03-31';

目前，orders 表上没有关于 order_date 的索引。因此，查询需要进行全表扫描，执行效率非常低。

为了优化这个查询，我们创建一个关于 order_date 的隐藏索引。

ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_order_date (order_date) INVISIBLE;

然后，我们启用隐藏索引进行测试。

SET optimizer_switch='use_invisible_indexes=on';

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-03-31';

SELECT BENCHMARK(1000, (SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-03-31'));

SET optimizer_switch='use_invisible_indexes=off';

SELECT BENCHMARK(1000, (SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-03-31'));

通过比较启用隐藏索引前后的执行计划和执行时间，我们发现启用隐藏索引后，查询的执行效率显著提高。

最后，我们将隐藏索引变为可见。

ALTER TABLE orders ALTER INDEX idx_order_date VISIBLE;

9. 不错的工具和资源

• MySQL Performance Schema: 用于监控 MySQL 服务器的性能。
• MySQL Enterprise Monitor: MySQL 的官方监控工具，提供更高级的性能分析功能。
• Percona Toolkit: 一组用于管理 MySQL 服务器的命令行工具，包括性能分析、数据备份等功能。

10. 快速回顾：隐藏索引，测试性能，安全部署

通过隐藏索引，我们可以在生产环境中安全地测试新索引的性能影响，避免对现有系统的稳定性造成风险。这种方法允许我们灵活地部署索引，为未来的性能优化做好准备，并简化回滚操作。