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MySQL高级讲座篇之：MySQL的`Cost Model`调整：如何通过参数修改优化器的成本估算？

各位亲爱的DBA、开发工程师、以及所有对MySQL性能优化感兴趣的朋友们，

大家好！今天咱们来聊聊MySQL的Cost Model，一个听起来高深莫测，但实际上又跟咱们日常工作息息相关的东西。 简单来说，它决定了MySQL优化器如何选择最佳的执行计划。而我们可以通过调整一些参数，来影响这个决策过程，从而优化查询性能。

一、啥是Cost Model？它为啥这么重要？

Cost Model，顾名思义，就是MySQL用来估算各种操作“成本”的模型。 这个“成本”并非指金钱上的花费，而是指CPU、IO、内存等资源的消耗。 优化器会根据这些成本估算，选择它认为成本最低的执行计划。

打个比方，你要从北京到上海，可以选择坐飞机、高铁、或者自驾。 Cost Model就相当于帮你评估这几种方式的耗时、费用等等，然后推荐一个“性价比最高”的方案。

如果Cost Model估算得不准，就可能导致优化器选择一个“看起来很美，实际上很坑”的执行计划，最终导致查询性能下降。 所以，理解和调整Cost Model，对我们来说至关重要。

二、Cost Model的组成部分：统计信息和成本参数

Cost Model的运作离不开两样东西：统计信息和成本参数。

  1. 统计信息 (Statistics)： 描述了表、索引中数据的分布情况，比如表有多少行，索引的基数是多少等等。 MySQL会定期收集这些信息，并将其存储在information_schema数据库中。 我们可以使用ANALYZE TABLE命令来手动更新统计信息。

    • 重要性: 统计信息是Cost Model的基础。如果统计信息不准确，优化器就可能做出错误的判断。 举个例子，如果MySQL认为某个索引的基数很高（意味着区分度很差），它可能就不会使用这个索引，即使实际上这个索引非常有效。

  2. 成本参数 (Cost Parameters)： 定义了各种操作的“单价”，比如读取一行数据的成本、读取一个索引页的成本等等。 这些参数决定了优化器如何权衡不同的执行计划。 MySQL提供了一些全局变量，让我们能够调整这些参数。

    • 重要性: 成本参数决定了优化器对不同操作的偏好。 比如，我们可以通过调整row_evaluate_cost来影响优化器对全表扫描的评估。

三、如何查看和更新统计信息？

查看统计信息：

可以使用information_schema数据库中的相关表来查看统计信息，比如TABLES、STATISTICS、COLUMNS等。

-- 查看表的行数
SELECT TABLE_ROWS
FROM information_schema.TABLES
WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name'
  AND TABLE_NAME = 'your_table_name';

-- 查看索引的基数
SELECT INDEX_NAME, CARDINALITY
FROM information_schema.STATISTICS
WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name'
  AND TABLE_NAME = 'your_table_name';

更新统计信息：

使用ANALYZE TABLE命令来更新表的统计信息。

ANALYZE TABLE your_table_name;
  • 注意: ANALYZE TABLE操作可能会比较耗时，尤其是在大表上。 建议在业务低峰期执行。

四、常用的成本参数及其作用

MySQL提供了一系列的全局变量，让我们能够调整Cost Model的参数。 我们可以使用SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'xxx%';来查看这些变量的当前值。

下面是一些常用的成本参数：

参数名 作用 默认值 (MySQL 5.7) 默认值 (MySQL 8.0) 说明
row_evaluate_cost 评估一行数据的成本。 0.2 0.2 影响优化器对全表扫描的评估。 值越大，优化器越倾向于使用索引。
disk_random_read_cost 从磁盘随机读取一个页的成本。 4.0 2.0 影响优化器对索引查找的评估。 值越大，优化器越倾向于避免使用需要大量随机IO的索引。
disk_sequential_read_cost 从磁盘顺序读取一个页的成本。 1.0 1.0 影响优化器对全表扫描的评估。 值越大，优化器越倾向于避免全表扫描。
memory_temptable_cost 在内存中创建临时表的成本。 1.0 1.0 影响优化器对使用内存临时表的评估。 值越大，优化器越倾向于避免使用内存临时表。
temptable_max_ram 内部内存临时表的最大大小。 16777216 (16MB) 16777216 (16MB) 如果临时表的大小超过这个值，MySQL会将其写入磁盘。
tmp_table_size 用户创建的内存临时表的最大大小。 16777216 (16MB) 16777216 (16MB) 如果临时表的大小超过这个值，MySQL会返回错误。
max_heap_table_size 用于创建内存表的 MEMORY 存储引擎允许增长到的最大值。 16777216 (16MB) 16777216 (16MB)
join_buffer_size 每个连接使用的缓冲大小，用于全表连接（没有使用索引）。 262144 (256KB) 262144 (256KB) 增加此值可能加速全表连接，但也可能消耗更多内存。
eq_range_index_dive_limit 用于确定是否使用索引“潜入”来获取范围查询中每个值的索引统计信息的限制。 200 200 限制了优化器在评估范围查询时进行索引潜入的次数。 较高的值可能会提高某些查询的准确性，但也会增加优化时间。
optimize_switch 控制优化器行为的标志集合，可以启用或禁用特定的优化。 通过 SET optimizer_switch='flag=on/off' 可以控制各种优化策略，例如 index_merge、derived_merge 等。

五、如何修改成本参数？

可以使用SET GLOBAL命令来修改全局变量的值。

-- 修改 row_evaluate_cost 的值
SET GLOBAL row_evaluate_cost = 0.4;
  • 注意: 修改全局变量需要SUPER权限。修改后的值会立即生效，但重启MySQL后会失效。 如果要永久生效，需要在my.cnf配置文件中进行修改。

在 my.cnf 中修改：

[mysqld]
row_evaluate_cost = 0.4

修改完成后，重启MySQL服务。

六、调整Cost Model的策略和注意事项

  1. 明确目标: 在调整Cost Model之前，要明确优化的目标。 是要减少全表扫描，还是要优化索引查找？ 不同的目标需要不同的调整策略。

  2. 监控和测试: 修改成本参数后，一定要监控查询性能的变化。 可以使用EXPLAIN命令来查看执行计划，并使用真实的业务数据进行测试。

  3. 逐步调整: 不要一次性修改太多的参数， 而是应该逐步调整，每次只修改一个参数，并观察其对性能的影响。

  4. 还原能力: 在修改参数之前，最好备份当前的参数值。 这样，如果修改后出现问题，可以及时还原。

  5. 考虑硬件: 成本参数的默认值是基于通用硬件配置的。 如果你的硬件配置比较特殊，可能需要根据实际情况进行调整。 比如，如果你的服务器使用了SSD硬盘，可以适当降低disk_random_read_cost的值。

  6. 版本差异: 不同版本的MySQL，Cost Model的实现可能会有所不同。 在调整参数时，一定要参考对应版本的官方文档。

七、实战案例：优化慢查询

假设我们有一个名为orders的表，其中包含了大量的订单数据。 我们的一个查询经常出现慢查询问题：

SELECT *
FROM orders
WHERE customer_id = 12345
  AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';

经过分析，发现这个查询没有使用索引，而是进行了全表扫描。

  1. 检查索引: 首先，我们需要确认customer_id和order_date字段上是否有索引。

    SHOW INDEX FROM orders;

    如果没有索引，我们需要创建索引：

    ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_customer_id_order_date (customer_id, order_date);

  2. 更新统计信息: 创建索引后，我们需要更新表的统计信息：

    ANALYZE TABLE orders;

  3. 查看执行计划: 使用EXPLAIN命令查看执行计划：

    EXPLAIN SELECT *
FROM orders
WHERE customer_id = 12345
  AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';

    如果执行计划仍然显示全表扫描，我们可以尝试调整row_evaluate_cost的值，增加优化器对索引的偏好：

    SET GLOBAL row_evaluate_cost = 0.4;

    再次执行EXPLAIN命令，查看执行计划是否发生了变化。 如果优化器开始使用索引，说明我们的调整起到了作用。

  4. 测试性能: 使用真实的业务数据进行测试，验证查询性能是否得到了提升。

八、高级技巧：使用Optimizer Hints

除了调整成本参数外，我们还可以使用Optimizer Hints来直接干预优化器的决策。 Optimizer Hints是一些特殊的注释，可以告诉优化器如何选择执行计划。

SELECT /*+ INDEX(orders idx_customer_id_order_date) */ *
FROM orders
WHERE customer_id = 12345
  AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';

在这个例子中，/*+ INDEX(orders idx_customer_id_order_date) */就是一个Optimizer Hint，它告诉优化器强制使用idx_customer_id_order_date索引。

Optimizer Hints非常强大，但也很容易出错。 使用时一定要谨慎，并充分了解其作用和限制。

九、总结

Cost Model是MySQL优化器的核心组成部分。 通过理解和调整Cost Model，我们可以有效地优化查询性能。

  • 重点:
    • 统计信息是Cost Model的基础，要定期更新。
    • 成本参数决定了优化器对不同操作的偏好，可以根据实际情况进行调整。
    • 监控和测试是调整Cost Model的关键环节。
    • Optimizer Hints可以直接干预优化器的决策，但要谨慎使用。

希望今天的讲座能对大家有所帮助。 记住，优化是一个持续的过程，需要不断学习和实践。

最后，我想说一句：优化之路，永无止境。 祝大家在MySQL的世界里，越走越远！ 谢谢大家！

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