`SELECT` 语句的执行顺序与优化器工作原理

揭秘 SELECT 语句：从“我想要”到“给你了”的神奇之旅

各位亲爱的程序员朋友们，大家好！今天我们要聊聊SQL世界里最核心，也是我们每天都要打交道的家伙——SELECT 语句。它就像一个魔法师，你告诉它“我想要啥”，它就能从浩瀚的数据海洋里准确地捞出来，简直不要太酷！😎

但是，魔法的背后总有秘密。SELECT 语句是如何理解你的“我想要”，又是如何高效地完成任务的呢？ 这就是我们今天要一起探索的：SELECT 语句的执行顺序与优化器的工作原理。

准备好了吗？让我们一起踏上这段奇妙的旅程吧！

一、 SELECT 语句的“内心独白”：执行顺序揭秘

很多初学者（包括曾经的我，捂脸🙈）会觉得 SELECT 语句的执行顺序就是从上到下，从左到右。 比如：

SELECT column1, column2
FROM table_name
WHERE condition
GROUP BY column1
ORDER BY column2;

直觉告诉我们，先 SELECT，再 FROM，然后 WHERE，最后 ORDER BY。 但实际上，SQL 引擎的“内心独白”可不是这样的！

它真正的执行顺序是这样的（别眨眼，重点来了）：

1. FROM (及 JOIN)： 确定数据来源。 也就是说，先找到你要查询的表，如果涉及多表联合查询，那么 JOIN 操作也会在这里进行。 想象一下，这是侦察兵先锁定目标区域，准备好“弹药”。
2. WHERE： 过滤数据。 基于你指定的条件，筛选出符合条件的行。 相当于在目标区域里，找出你需要的目标人物。
3. GROUP BY： 分组数据。 将符合条件的数据按照指定的列进行分组。 这就像把目标人物按照职业、年龄等特征进行分类。
4. HAVING： 过滤分组后的数据。 注意，HAVING 是针对分组后的数据进行过滤，而 WHERE 是针对原始数据。 相当于在分类后，再筛选出满足特定条件的人群，比如“年龄大于30岁的工程师”。
5. SELECT： 选择要返回的列。 从经过筛选和分组的数据中，选择你需要的列。 这就像从目标人物的信息里，只提取你关心的部分，比如姓名和联系方式。
6. DISTINCT： 去重。 如果指定了 DISTINCT 关键字，那么会对结果集进行去重操作，确保每一行都是唯一的。
7. ORDER BY： 排序。 按照指定的列对结果集进行排序。 这就像把目标人物按照姓名首字母进行排序，方便查找。
8. LIMIT / OFFSET: 分页。最后，按照需求返回指定数量的数据。

为了方便大家记忆，我们可以用一个口诀来记住这个顺序：

From Where Group Having Select Distinct Order Limit (FWGHSDOL)。

（当然，你可以自己创造一个更酷的口诀，比如 “Fred Wants Great Hamburgers So Don’t Over Load!” 🍔）

表格总结：

执行顺序	关键字	功能描述
1	FROM (JOIN)	确定数据来源，执行表连接操作。
2	WHERE	根据条件过滤数据行。
3	GROUP BY	将数据行按照指定的列进行分组。
4	HAVING	对分组后的数据进行过滤。
5	SELECT	选择要返回的列，并可以进行表达式计算。
6	DISTINCT	去除结果集中的重复行。
7	ORDER BY	对结果集进行排序。
8	LIMIT/OFFSET	限制返回的结果集数量，并可以指定起始位置。

二、 优化器的“最强大脑”：如何让 SQL 跑得更快？

了解了 SELECT 语句的执行顺序，我们就能更好地理解优化器是如何工作的。 优化器是 SQL 引擎里最聪明的部分，它就像一个经验丰富的指挥官，负责制定最佳的执行计划，让 SQL 跑得更快、更省资源。 🚀

那么，优化器是如何工作的呢？

1. 解析 SQL 语句： 优化器首先要理解你的 SQL 语句，把它分解成一个个小的逻辑单元。 这就像理解一篇文章的语法结构，明白每个词、每句话的意思。
2. 生成执行计划： 基于 SQL 语句的逻辑单元，优化器会生成多个可能的执行计划。 每个执行计划都代表一种不同的数据访问方式和操作顺序。 这就像思考解决一个问题有多种方法，每种方法都有不同的优缺点。
3. 评估执行计划： 优化器会评估每个执行计划的成本，包括 CPU 消耗、IO 消耗、内存消耗等等。 评估的依据是数据库的统计信息，比如表的大小、索引的分布情况等等。 这就像评估每种解决方法的难度和所需的时间、资源。
4. 选择最佳执行计划： 优化器会选择成本最低的执行计划，作为最终的执行方案。 这就像选择最省时省力的解决方法。
5. 执行 SQL 语句： 最后，SQL 引擎会按照优化器选择的执行计划，执行 SQL 语句，返回结果。

优化器的主要优化策略：

• 索引优化： 索引就像一本书的目录，可以帮助数据库快速定位到你需要的数据。 优化器会根据 WHERE 子句中的条件，选择合适的索引来加速查询。
• 连接优化： 多表联合查询是 SQL 里常见的操作。 优化器会选择最佳的连接方式（比如 Nested Loop Join、Hash Join、Merge Join），并确定表的连接顺序，以减少数据传输和计算量。
• 子查询优化： 子查询是指嵌套在其他 SQL 语句中的 SELECT 语句。 优化器会将一些子查询转换为等价的连接操作，以提高查询效率。
• 谓词下推： 将 WHERE 子句中的条件尽可能地提前执行，减少需要处理的数据量。 相当于先筛选出目标人物，再进行其他操作，而不是先找到所有人，再一个个筛选。
• 查询重写： 将 SQL 语句改写成等价但效率更高的形式。 比如，将 OR 条件转换为 UNION ALL 操作，或者将一些常量表达式提前计算出来。
• 统计信息收集: 数据库需要收集并维护表的统计信息（如大小，行数，唯一值数量），这为优化器提供了决策的重要依据。

举个栗子 🌰：

假设我们有两张表：orders (订单表) 和 customers (客户表)，我们要查询所有来自北京的客户的订单信息。

SELECT o.order_id, c.customer_name
FROM orders o
JOIN customers c ON o.customer_id = c.customer_id
WHERE c.city = '北京';

优化器可能会考虑以下几种执行计划：

• 计划 1： 先扫描 orders 表，然后对每一行，去 customers 表中查找对应的客户信息，最后筛选出城市为北京的订单。
• 计划 2： 先扫描 customers 表，筛选出城市为北京的客户，然后对每一个客户，去 orders 表中查找对应的订单。

如果 customers 表中来自北京的客户数量很少，那么计划 2 显然更高效。 因为它可以大大减少需要扫描的 orders 表的行数。

表格总结：

优化策略	描述	作用
索引优化	利用索引加速数据访问。	减少需要扫描的数据量，提高查询速度。
连接优化	选择最佳的连接方式和连接顺序。	减少数据传输和计算量，提高多表联合查询的效率。
子查询优化	将子查询转换为等价的连接操作。	避免重复扫描，提高查询效率。
谓词下推	将 WHERE 子句中的条件尽可能地提前执行。	减少需要处理的数据量。
查询重写	将 SQL 语句改写成等价但效率更高的形式。	利用数据库的特性，提高查询效率。
统计信息收集	通过维护表的统计信息，优化器可以更准确地评估执行计划的成本，并做出更明智的选择。	优化器可以更准确地评估执行计划的成本，并做出更明智的选择。

三、 如何“调教”优化器：编写高效的 SQL

虽然优化器很强大，但它也不是万能的。 有时候，我们需要“调教”它，帮助它更好地理解我们的意图，生成更高效的执行计划。

以下是一些编写高效 SQL 的小技巧：

1. 使用索引： 在经常用于查询的列上创建索引。 但要注意，索引也会增加写操作的开销，所以要适度使用。
2. *避免使用 `SELECT `**： 只选择需要的列，减少数据传输量。 这就像只拿你需要的东西，而不是把整个商店都搬回家。
3. 尽量避免在 WHERE 子句中使用函数或表达式： 这会使索引失效。 比如，WHERE YEAR(date_column) = 2023 这样的语句，最好改成 WHERE date_column >= '2023-01-01' AND date_column < '2024-01-01'。
4. 避免使用 OR 条件： OR 条件可能会导致全表扫描。 可以考虑使用 UNION ALL 或者将 OR 条件分解成多个 AND 条件。
5. 尽量使用 JOIN 代替子查询： 很多情况下，JOIN 操作比子查询更高效。
6. 注意数据类型匹配： 在比较操作中，确保数据类型一致，避免隐式类型转换。
7. 定期分析表： 使用 ANALYZE TABLE 命令更新表的统计信息，帮助优化器做出更准确的判断。
8. 使用 EXPLAIN 分析 SQL 语句： EXPLAIN 命令可以显示 SQL 语句的执行计划，帮助你了解优化器是如何工作的，并找到性能瓶颈。

举个栗子 🌰：

假设我们要查询所有年龄大于 30 岁的男性用户。

低效的写法：

SELECT *
FROM users
WHERE age > 30 OR gender = 'male';

这个语句可能会导致全表扫描。

高效的写法：

SELECT user_id, user_name, age, gender --只选择需要的列
FROM users
WHERE age > 30
UNION ALL
SELECT user_id, user_name, age, gender
FROM users
WHERE gender = 'male' AND age <=30; -- 避免重复计算

或者，如果 age 和 gender 列都有索引，可以这样写：

SELECT user_id, user_name, age, gender
FROM users
WHERE age > 30
UNION ALL
SELECT user_id, user_name, age, gender
FROM users
WHERE gender = 'male' AND age <=30;

这个语句可以利用索引，加速查询。

四、 总结：掌握 SELECT，成为 SQL 大师

今天我们一起探索了 SELECT 语句的执行顺序和优化器的工作原理。 相信你已经对 SQL 的“内心世界”有了更深入的了解。

记住，理解 SQL 的执行顺序，可以帮助你更好地编写 SQL 语句，避免一些常见的错误。 掌握优化器的优化策略，可以帮助你“调教”优化器，让 SQL 跑得更快、更省资源。

SQL 是一门强大的语言，也是程序员必备的技能。 只有不断学习和实践，才能真正掌握它，成为 SQL 大师！ 🧙‍♂️

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最后，祝大家编程愉快！ 🎉