MySQL高级讲座篇之：CBO（基于成本优化）：如何通过统计信息预测查询成本与选择最优路径。

各位观众老爷，大家好！今天咱们来聊聊MySQL里的CBO（Cost-Based Optimizer），也就是“基于成本的优化器”。这玩意儿听起来高大上，但说白了，就是MySQL想偷懒，哦不，是想更聪明地执行你的SQL语句，所以它会先估算一下哪种执行方式最省事（成本最低），然后就选那种方式。

一、 啥是CBO？为啥要有它？

你写一条SQL，MySQL并不是直接就去吭哧吭哧地执行。它会先琢磨一下：“哎，这条SQL我可以有好几种方法来搞定，我该选哪种呢？” 这时候，CBO就派上用场了。

想象一下，你要从北京到上海，你可以坐飞机、坐高铁、坐火车、甚至骑自行车。每种方式的“成本”都不一样：

• 飞机： 速度快，但是贵。
• 高铁： 速度适中，价格也适中。
• 火车： 速度慢，但是便宜。
• 自行车： 呵呵…

CBO的作用就是帮你选择一个“性价比”最高的方案。它会根据一些“统计信息”来估算每种执行方式的“成本”，然后选择成本最低的那个。

那为什么要基于成本优化呢？很简单，因为不同的执行路径效率可能差了几个数量级。如果你用错了索引，或者连接顺序不对，那可能查询要跑几分钟甚至几个小时，而正确的执行路径可能只需要几毫秒。

二、 CBO的工作原理：统计信息、成本模型、执行计划

CBO主要依赖三个东西：

1. 统计信息 (Statistics): 这是CBO的“情报”。它告诉CBO表里有多少行数据、每列的取值范围、唯一值的数量等等。有了这些信息，CBO才能估算各种操作的成本。
2. 成本模型 (Cost Model): 这是CBO的“计算器”。它定义了各种操作的成本计算方式，比如读取一行数据要多少成本、使用索引要多少成本、排序要多少成本等等。
3. 执行计划 (Execution Plan): 这是CBO的“作战方案”。它描述了MySQL具体要怎么执行你的SQL语句，比如使用哪个索引、表的连接顺序是什么等等。

2.1 统计信息 (Statistics)

统计信息是CBO的基础，没有它，CBO就成了瞎子。MySQL会定期收集统计信息，或者你也可以手动收集。常用的统计信息包括：

• 表级统计信息：
  • TABLE_ROWS: 表的总行数。
  • AVG_ROW_LENGTH: 平均每行数据的长度。
  • DATA_LENGTH: 表的数据大小。
  • INDEX_LENGTH: 索引的大小。
• 列级统计信息：
  • NUM_DISTINCT: 列中不同值的数量。
  • MIN_VALUE: 列中的最小值。
  • MAX_VALUE: 列中的最大值。
  • HISTOGRAM: 直方图，描述列中值的分布情况。

你可以通过ANALYZE TABLE命令来更新统计信息：

ANALYZE TABLE your_table;

偷偷告诉你，MySQL会根据innodb_stats_auto_recalc和innodb_stats_persistent这两个参数来自动更新统计信息。

• innodb_stats_auto_recalc: 控制表数据发生变化超过一定比例时是否自动重新计算统计信息。
• innodb_stats_persistent: 控制统计信息是否持久化存储到磁盘。如果开启，数据库重启后统计信息不会丢失，否则需要重新计算。

2.2 成本模型 (Cost Model)

成本模型定义了各种操作的成本计算方式。这些成本通常是一些抽象的单位，比如“IO成本”、“CPU成本”等等。MySQL会根据这些成本来估算不同执行计划的总成本。

具体的成本模型是比较复杂的，不同的MySQL版本可能会有所不同。但是，我们可以简单地理解为：

• IO成本： 从磁盘读取数据的成本。
• CPU成本： 处理数据的成本，比如排序、过滤等等。
• 内存成本： 使用内存的成本。

一般来说，IO成本是最高的，所以CBO会尽量减少IO操作。

2.3 执行计划 (Execution Plan)

执行计划是CBO最终的“作战方案”。它描述了MySQL具体要怎么执行你的SQL语句。你可以通过EXPLAIN命令来查看SQL语句的执行计划：

EXPLAIN SELECT * FROM your_table WHERE your_column = 'your_value';

EXPLAIN命令会返回一个表格，其中包含了执行计划的详细信息，比如：

• id: 查询的序列号。
• select_type: 查询的类型。
• table: 表名。
• partitions: 分区信息。
• type: 连接类型，也就是访问表的方式。
• possible_keys: 可能用到的索引。
• key: 实际用到的索引。
• key_len: 索引的长度。
• ref: 索引的哪一部分被用于查找。
• rows: 估计要扫描的行数。
• filtered: 过滤掉的行数的百分比。
• Extra: 额外的信息。

type列非常重要，它表示了MySQL访问表的方式。常见的type值包括：

Type	说明	优化建议
system	表只有一行记录，这是const类型的一个特例，平时不会出现，忽略即可。	无
const	通过主键或者唯一索引来访问表，只返回一行数据。效率非常高。	保持使用主键或唯一索引。
eq_ref	在连接查询时，对于被驱动表，通过唯一索引或者主键索引来访问，且每次都只能返回一行数据。	确保连接字段上有索引，并且索引是唯一索引或者主键索引。
ref	通过非唯一索引来访问表，可能会返回多行数据。	考虑是否可以创建更精确的索引，或者优化查询条件。
ref_or_null	类似于ref，但是增加了对NULL值的处理。	同ref，同时注意NULL值的处理方式。
index_merge	使用了索引合并优化，同时使用了多个索引。	评估索引合并是否真的有效，有时不如使用单个复合索引。
unique_subquery	在IN子查询中，通过唯一索引来访问子查询的结果集。	确保子查询的条件可以使用唯一索引。
index_subquery	在IN子查询中，通过非唯一索引来访问子查询的结果集。	考虑是否可以创建更精确的索引，或者优化子查询的条件。
range	通过索引范围扫描来访问表。	优化范围查询的条件，避免范围过大。
index	扫描整个索引树，而不是扫描数据行。通常出现在SELECT语句只需要索引列的数据时。	确保索引覆盖了查询所需的所有列，避免回表查询。
ALL	全表扫描，效率最低。	优化查询条件，添加合适的索引，避免全表扫描。

一般来说，type的值越靠前，效率越高。我们要尽量避免ALL类型，也就是全表扫描。

三、 CBO的缺陷与优化

CBO虽然很强大，但也不是万能的。它也有一些缺陷：

1. 统计信息不准确： 如果统计信息过时或者不准确，CBO可能会做出错误的判断。
2. 成本模型不完美： 成本模型只是对真实情况的近似，不可能完全准确。
3. 复杂查询： 对于复杂的查询，CBO可能会难以找到最优的执行计划。

针对这些缺陷，我们可以采取一些优化措施：

1. 定期更新统计信息： 确保统计信息是最新的。
2. 使用ANALYZE TABLE命令： 手动更新统计信息，特别是当表的数据发生较大变化时。
3. 优化SQL语句： 尽量简化SQL语句，避免复杂的子查询和连接。
4. 使用索引提示 (Index Hints)： 强制MySQL使用某个索引。
5. 重写SQL语句： 尝试用不同的方式来写同一个SQL语句，看看哪种方式的执行计划更好。

3.1 索引提示 (Index Hints)

当CBO选择的索引不是你想要的，你可以使用索引提示来强制MySQL使用指定的索引。

SELECT * FROM your_table USE INDEX (your_index) WHERE your_column = 'your_value';

或者，你也可以强制MySQL忽略某个索引：

SELECT * FROM your_table IGNORE INDEX (your_index) WHERE your_column = 'your_value';

3.2 重写SQL语句

有时候，同样的查询逻辑，用不同的SQL语句来表达，可能会产生不同的执行计划。比如，下面两个SQL语句的功能是一样的：

-- SQL 1
SELECT * FROM table1 WHERE column1 IN (SELECT column1 FROM table2 WHERE column2 = 'value');

-- SQL 2
SELECT table1.* FROM table1 INNER JOIN table2 ON table1.column1 = table2.column1 WHERE table2.column2 = 'value';

但是，它们的执行计划可能会有所不同。你可以通过EXPLAIN命令来查看它们的执行计划，然后选择一个更好的。

四、 CBO的案例分析

咱们来看几个CBO的案例，看看它是怎么工作的。

案例1：选择合适的索引

假设我们有一个users表，它有三个字段：id (主键)，name，age。我们在name和age字段上分别创建了索引。

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    age INT,
    INDEX name_index (name),
    INDEX age_index (age)
);

现在，我们执行一个查询：

SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice' AND age = 30;

CBO会考虑使用哪个索引。如果name列的唯一值比较多，而age列的唯一值比较少，那么CBO可能会选择使用name_index索引，因为它能够更快地过滤掉大部分数据。

案例2：连接顺序优化

假设我们有两个表：orders和customers。orders表存储订单信息，customers表存储客户信息。

CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY,
    customer_id INT,
    order_date DATE,
    INDEX customer_id_index (customer_id)
);

CREATE TABLE customers (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    city VARCHAR(255)
);

现在，我们执行一个连接查询：

SELECT * FROM orders INNER JOIN customers ON orders.customer_id = customers.id WHERE customers.city = 'Beijing';

CBO会考虑哪个表作为驱动表（driving table），哪个表作为被驱动表（driven table）。如果customers表中city = 'Beijing'的记录比较少，那么CBO可能会选择customers表作为驱动表，因为它能够更快地过滤掉大部分数据。

案例3：子查询优化

假设我们有一个查询：

SELECT * FROM orders WHERE customer_id IN (SELECT id FROM customers WHERE city = 'Beijing');

CBO可能会将这个子查询转换为连接查询，以提高效率：

SELECT orders.* FROM orders INNER JOIN customers ON orders.customer_id = customers.id WHERE customers.city = 'Beijing';

五、 CBO的未来

CBO是一个不断发展和完善的技术。未来，我们可以期待CBO在以下方面取得更大的进展：

1. 更准确的统计信息： 能够自动收集更详细、更准确的统计信息。
2. 更智能的成本模型： 能够更准确地估算各种操作的成本。
3. 更强的优化能力： 能够处理更复杂的查询，找到最优的执行计划。
4. 机器学习的应用： 利用机器学习技术来优化CBO的性能。

六、 总结

CBO是MySQL中一个非常重要的组件，它能够帮助我们优化SQL查询，提高数据库的性能。理解CBO的工作原理，能够帮助我们更好地编写SQL语句，选择合适的索引，以及优化数据库的配置。

希望今天的讲座能够帮助大家更好地理解MySQL的CBO。 记住，CBO不是万能的，你需要根据实际情况来进行优化。

好了，今天的讲座就到这里，谢谢大家！ 咱们下次再见！