MySQL视图之：`视图`的`算法`：`MERGE`和`TEMPTABLE`算法的底层实现。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL视图算法：MERGE与TEMPTABLE的深度剖析

大家好，今天我们来深入探讨MySQL视图的算法，重点关注MERGE和TEMPTABLE这两种重要的算法，并从底层实现的角度剖析它们的工作原理。理解这些算法对于优化视图性能至关重要。

什么是视图算法？

视图本质上是一个存储的查询，它并不存储实际数据。当我们查询视图时，MySQL需要执行这个查询，并将结果呈现给我们。视图算法决定了MySQL如何执行这个查询，以及如何将视图定义与原始查询结合起来。

MySQL支持多种视图算法，其中最常见的两种是MERGE和TEMPTABLE。我们可以通过ALGORITHM子句来指定视图的算法，如果没有指定，MySQL会根据情况自动选择。

MERGE算法

MERGE算法是MySQL尝试将视图定义与原始查询合并的算法。这意味着MySQL会尝试将查询视图的语句直接与视图的定义合并，形成一个单一的查询语句，然后执行这个合并后的查询。

工作原理：

查询重写： MySQL分析查询视图的语句和视图的定义。
合并： 将视图定义嵌入到原始查询中，替换对视图的引用。
优化： 优化器对合并后的查询进行优化，生成执行计划。
执行： 执行优化后的查询，返回结果。

示例：

假设我们有如下的表结构：

CREATE TABLE employees (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    department VARCHAR(255),
    salary DECIMAL(10, 2)
);

INSERT INTO employees (id, name, department, salary) VALUES
(1, 'Alice', 'Sales', 50000.00),
(2, 'Bob', 'Marketing', 60000.00),
(3, 'Charlie', 'Sales', 55000.00),
(4, 'David', 'Engineering', 70000.00),
(5, 'Eve', 'Marketing', 65000.00);

我们创建一个简单的视图：

CREATE VIEW sales_employees AS
SELECT id, name, salary
FROM employees
WHERE department = 'Sales';

现在，我们查询这个视图：

SELECT name, salary
FROM sales_employees
WHERE salary > 52000;

如果MySQL选择使用MERGE算法，它会将视图定义与原始查询合并，生成如下的查询：

SELECT name, salary
FROM employees
WHERE department = 'Sales' AND salary > 52000;

然后，MySQL优化器会对这个合并后的查询进行优化，并执行。

优点：

性能通常更高： 因为查询可以被整体优化，减少了中间结果的产生。
可以使用索引： 合并后的查询可以直接使用基表的索引。

缺点：

限制较多： 不是所有视图都可以使用MERGE算法。例如，如果视图包含UNION、DISTINCT、GROUP BY、HAVING、子查询或者使用了临时表，通常不能使用MERGE算法。
查询重写可能复杂： 对于复杂的视图定义，查询重写可能会变得非常复杂，甚至导致性能下降。

MERGE算法的限制条件：

限制条件	说明
`UNION`、`UNION ALL`	视图定义中不能包含`UNION`或`UNION ALL`。
`DISTINCT`	视图定义中不能包含`DISTINCT`。
`GROUP BY`	视图定义中不能包含`GROUP BY`。
`HAVING`	视图定义中不能包含`HAVING`。
子查询	视图定义中不能包含子查询（一些简单子查询可能被优化器优化掉）。
临时表	视图定义中不能使用临时表。
使用了聚合函数（如`COUNT`、`SUM`、`AVG`等）	视图定义中不能使用聚合函数。
`LIMIT`	视图定义中不能包含`LIMIT`子句（MySQL 8.0.19及更高版本允许`LIMIT`，但有其他限制）。
`ORDER BY`	视图定义中不能包含`ORDER BY`子句 (除非使用了`LIMIT`子句，并且在MySQL 8.0.19及更高版本)。
只读视图	`MERGE`算法主要用于只读视图，如果视图需要支持更新操作，可能需要其他算法。
使用了用户变量或系统变量	如果视图定义中使用了用户变量或系统变量，可能会影响`MERGE`算法的选择。
视图定义过于复杂	复杂的视图定义可能导致查询重写变得困难，MySQL可能会选择其他算法。
外连接	在某些情况下，外连接可能会影响`MERGE`算法的使用，特别是当外连接与其他限制条件结合时。
`WITH CHECK OPTION`	如果视图定义中使用了`WITH CHECK OPTION`，并且视图的定义很复杂，可能会阻止`MERGE`算法的使用。
`SQL SECURITY DEFINER`	使用 `SQL SECURITY DEFINER` 可能会影响优化器的选择。

TEMPTABLE算法

TEMPTABLE算法是MySQL创建一个临时表来存储视图结果的算法。当查询视图时，MySQL首先执行视图的定义，将结果存储在一个临时表中，然后对这个临时表进行查询。

工作原理：

创建临时表： MySQL创建一个临时表。
执行视图定义： 执行视图的定义，并将结果插入到临时表中。
查询临时表： 对临时表执行原始查询。
返回结果： 返回查询临时表的结果。
删除临时表： 查询完成后，删除临时表。

示例：

使用上面的sales_employees视图和查询：

SELECT name, salary
FROM sales_employees
WHERE salary > 52000;

如果MySQL选择使用TEMPTABLE算法，它会执行以下步骤：

创建一个临时表，例如tmp_view_1，结构与sales_employees视图相同。
执行SELECT id, name, salary FROM employees WHERE department = 'Sales'，并将结果插入到tmp_view_1中。
执行SELECT name, salary FROM tmp_view_1 WHERE salary > 52000。
返回查询结果。
删除临时表tmp_view_1。

优点：

适用性广： TEMPTABLE算法可以用于几乎所有的视图，即使视图定义包含UNION、DISTINCT、GROUP BY等。
查询重写简单： 不需要复杂的查询重写，易于实现。

缺点：

性能较低： 需要创建和维护临时表，增加了额外的I/O和CPU开销。
无法使用索引： 原始查询无法直接使用基表的索引，只能使用临时表的索引（如果有）。

代码示例 (模拟 TEMPTABLE 算法):

虽然我们不能直接控制MySQL的视图算法，但是我们可以用类似的方法模拟TEMPTABLE算法：

-- 创建临时表 (模拟)
CREATE TEMPORARY TABLE tmp_sales_employees AS
SELECT id, name, salary
FROM employees
WHERE department = 'Sales';

-- 查询临时表
SELECT name, salary
FROM tmp_sales_employees
WHERE salary > 52000;

-- 删除临时表 (清理)
DROP TEMPORARY TABLE IF EXISTS tmp_sales_employees;

这段代码模拟了TEMPTABLE算法的步骤：首先创建一个临时表，然后将视图的查询结果插入到临时表中，最后对临时表进行查询。

如何选择合适的算法？

MySQL优化器会根据视图的定义和查询语句自动选择合适的算法。但是，我们可以通过一些方式来影响优化器的选择：

显式指定算法： 使用ALGORITHM子句显式指定视图的算法。
```
CREATE ALGORITHM = MERGE VIEW my_view AS ...
```
或者
```
CREATE ALGORITHM = TEMPTABLE VIEW my_view AS ...
```
但是，如果指定的算法不适用于视图的定义，MySQL会报错。
优化视图定义： 尽量简化视图的定义，避免使用UNION、DISTINCT、GROUP BY等限制MERGE算法的特性。
使用FORCE VIEW提示： 在MySQL 8.0.19及更高版本中，可以使用FORCE VIEW提示强制MySQL使用MERGE算法（如果可能）。
```
SELECT /*+ FORCE VIEW */ name, salary
FROM sales_employees
WHERE salary > 52000;
```

总结：

特性	MERGE	TEMPTABLE
适用性	限制较多，适用于简单视图	适用性广，适用于复杂视图
性能	通常更高，可以直接使用基表索引	较低，需要创建和维护临时表
查询重写	复杂，需要将视图定义合并到原始查询	简单，直接查询临时表
是否需要临时表	否	是

深入理解底层实现

虽然我们无法直接查看MySQL的源代码来了解MERGE和TEMPTABLE算法的实现细节，但是我们可以通过一些方法来推断它们的底层工作原理：

MERGE算法：查询重写和优化器

MERGE算法的核心在于查询重写和优化器。MySQL优化器负责将视图定义与原始查询合并，并生成最优的执行计划。这个过程涉及到词法分析、语法分析、语义分析和查询优化等多个步骤。

词法分析和语法分析： MySQL首先对查询语句进行词法分析和语法分析，将查询语句分解成一个个的token，并构建语法树。
语义分析： 对语法树进行语义分析，检查查询语句的合法性，例如，检查表名、列名是否存在，数据类型是否匹配等。
视图展开： 如果查询语句中包含了视图，MySQL会将视图定义展开，替换对视图的引用。
查询优化： 优化器会对展开后的查询语句进行优化，例如，选择合适的索引、重写查询语句、估计查询成本等。
执行计划生成： 优化器根据优化结果生成执行计划。
执行： MySQL按照执行计划执行查询语句，返回结果。

TEMPTABLE算法：临时表管理和数据复制

TEMPTABLE算法的核心在于临时表管理和数据复制。MySQL需要创建临时表，并将视图的查询结果复制到临时表中。这个过程涉及到临时表的创建、数据插入、数据查询和临时表的删除等多个步骤。

临时表创建： MySQL创建一个临时表，临时表的结构与视图的查询结果相同。
数据插入： 执行视图的查询语句，并将结果插入到临时表中。
查询临时表： 对临时表执行原始查询。
结果返回： 返回查询临时表的结果。
临时表删除： 查询完成后，删除临时表。

在实现临时表管理时，MySQL需要考虑以下几个问题：

临时表的存储位置： 临时表可以存储在内存中，也可以存储在磁盘上。如果临时表的数据量较小，可以存储在内存中，以提高查询性能。如果临时表的数据量较大，需要存储在磁盘上。
临时表的索引： 为了提高查询性能，可以在临时表上创建索引。但是，创建索引会增加额外的开销。
临时表的并发访问： 如果多个用户同时查询同一个视图，MySQL需要保证临时表的并发访问安全。

优化视图性能的实践

理解了MERGE和TEMPTABLE算法的原理后，我们可以采取一些措施来优化视图的性能：

尽量使用MERGE算法： 如果视图的定义允许，尽量使用MERGE算法。可以通过简化视图定义、避免使用限制MERGE算法的特性来实现。
优化基表： 优化基表的结构和索引，可以提高视图的查询性能。
使用物化视图： 对于频繁查询且数据更新不频繁的视图，可以考虑使用物化视图。物化视图是将视图的结果存储在磁盘上，可以避免每次查询都执行视图的定义。MySQL 8.0支持物化视图。
分析查询语句： 使用EXPLAIN命令分析查询语句的执行计划，可以帮助我们了解MySQL如何执行查询语句，并找出性能瓶颈。

结论

MERGE和TEMPTABLE是MySQL视图中两种重要的算法。MERGE算法尝试将视图定义与原始查询合并，通常性能更高，但限制较多。TEMPTABLE算法创建临时表来存储视图结果，适用性广，但性能较低。理解这两种算法的原理，可以帮助我们选择合适的算法，优化视图的性能。

视图算法的取舍

选择合适的视图算法需要权衡各种因素，包括视图的复杂度、查询的频率、数据更新的频率以及系统资源的限制。在实际应用中，我们可以根据具体情况进行选择，并通过性能测试来验证选择的有效性。

视图的优缺点分析

视图作为数据库对象，具有其独特的优点和缺点。合理使用视图可以提高数据库的安全性、简化查询，但也可能带来性能上的问题。

展望未来

随着数据库技术的不断发展，视图算法也在不断演进。未来的视图算法可能会更加智能化，能够根据查询的特点自动选择最优的执行策略，从而进一步提高视图的性能。