MySQL优化器与执行计划之：`MySQL`的`排序优化`：`Using filesort`的避免策略和`Sort Buffer`的调优。

好的，下面是一篇关于MySQL排序优化的技术文章，以讲座模式呈现，包含代码示例、逻辑分析以及避免Using filesort和优化Sort Buffer的策略。

MySQL排序优化：避免Using filesort和Sort Buffer调优

大家好！今天我们来深入探讨MySQL查询优化中的一个关键环节：排序优化。当我们的查询需要对结果进行排序时，MySQL优化器会尽力选择最佳的排序策略。然而，有时优化器会选择Using filesort，这意味着MySQL需要在磁盘上进行排序，这通常会导致性能显著下降。此外，即使没有Using filesort，Sort Buffer的配置也会直接影响排序的效率。今天我们将详细讲解如何避免Using filesort，以及如何优化Sort Buffer。

1. 了解Using filesort

1.1 什么是Using filesort？

Using filesort是MySQL EXPLAIN语句输出中的一个关键词，表示MySQL无法使用索引来满足ORDER BY子句的要求，因此需要在内存或磁盘上进行额外的排序操作。 这通常是性能瓶颈。

1.2 Using filesort出现的原因

• 没有合适的索引： 最常见的原因是没有与ORDER BY子句中的列相匹配的索引。
• 索引不适用： 即使有索引，如果查询条件（WHERE子句）过滤掉大部分数据，MySQL可能认为全表扫描然后排序比使用索引更有效。
• 排序字段的数据类型： 如果排序字段是TEXT或BLOB等大型数据类型，MySQL通常会选择filesort。
• 排序方向不一致： 如果ORDER BY子句中同时包含升序和降序排列，且索引只支持单一方向，则可能出现filesort。
• 连接查询： 在连接查询中，如果排序字段不在驱动表上，或者优化器认为驱动表的结果集太大，也可能导致filesort。

1.3 如何判断是否出现了Using filesort？

使用EXPLAIN语句可以查看MySQL的执行计划。如果Extra列中包含Using filesort，则表示查询使用了文件排序。

EXPLAIN SELECT * FROM orders ORDER BY order_date;

如果结果的Extra列显示 Using filesort, 就说明MySQL需要对结果集进行额外的排序操作。

2. 避免Using filesort的策略

避免Using filesort的关键在于创建合适的索引，让MySQL能够利用索引的有序性来避免额外的排序操作。

2.1 创建合适的索引

这是最有效的避免Using filesort的方法。要创建一个覆盖ORDER BY子句中所有列的索引，并且索引的顺序和ORDER BY子句中的列顺序一致。

示例：

假设有一个orders表，包含order_id, customer_id, order_date, total_amount等列。我们需要按照customer_id和order_date进行排序。

CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    customer_id INT NOT NULL,
    order_date DATE NOT NULL,
    total_amount DECIMAL(10, 2) NOT NULL
);

-- 插入一些示例数据
INSERT INTO orders (order_id, customer_id, order_date, total_amount) VALUES
(1, 101, '2023-01-15', 100.00),
(2, 102, '2023-02-20', 250.00),
(3, 101, '2023-03-10', 150.00),
(4, 103, '2023-04-05', 300.00),
(5, 102, '2023-05-12', 200.00);

如果执行以下查询：

EXPLAIN SELECT * FROM orders ORDER BY customer_id, order_date;

如果没有合适的索引，EXPLAIN的结果中Extra列很可能会显示Using filesort。为了避免这种情况，可以创建一个联合索引：

CREATE INDEX idx_customer_order_date ON orders (customer_id, order_date);

再次执行EXPLAIN：

EXPLAIN SELECT * FROM orders ORDER BY customer_id, order_date;

现在，Extra列应该不再包含Using filesort，因为MySQL可以使用索引idx_customer_order_date来满足排序要求。

注意： 索引的顺序非常重要。如果ORDER BY子句中的列顺序与索引的顺序不一致，MySQL仍然可能使用filesort。

2.2 覆盖索引

如果查询只需要返回索引中包含的列，可以创建一个覆盖索引，这样MySQL可以直接从索引中获取数据，避免回表查询，从而提高性能。

示例：

如果只需要查询customer_id和order_date，可以创建一个包含这两个列的覆盖索引：

CREATE INDEX idx_customer_order_date ON orders (customer_id, order_date);

然后执行以下查询：

EXPLAIN SELECT customer_id, order_date FROM orders ORDER BY customer_id, order_date;

由于customer_id和order_date都在索引中，MySQL可以直接从索引中获取数据，无需回表查询。

2.3 避免在大型文本或BLOB字段上排序

如果需要在TEXT或BLOB等大型字段上排序，尽量避免这样做。可以考虑对这些字段进行哈希处理，然后对哈希值进行排序。

示例：

假设有一个products表，包含product_name（TEXT类型）列。

CREATE TABLE products (
    product_id INT PRIMARY KEY,
    product_name TEXT NOT NULL
);

-- 添加一个哈希列
ALTER TABLE products ADD COLUMN product_name_hash VARCHAR(32);

-- 创建一个触发器，在插入或更新数据时计算哈希值
DELIMITER //
CREATE TRIGGER products_before_insert
BEFORE INSERT ON products
FOR EACH ROW
BEGIN
    SET NEW.product_name_hash = MD5(NEW.product_name);
END;//

CREATE TRIGGER products_before_update
BEFORE UPDATE ON products
FOR EACH ROW
BEGIN
    SET NEW.product_name_hash = MD5(NEW.product_name);
END;//
DELIMITER ;

-- 创建索引
CREATE INDEX idx_product_name_hash ON products (product_name_hash);

现在可以对product_name_hash进行排序，而不是直接对product_name进行排序：

EXPLAIN SELECT product_name FROM products ORDER BY product_name_hash;

2.4 优化WHERE子句

WHERE子句中的条件会影响MySQL选择的执行计划。如果WHERE子句过滤掉大部分数据，MySQL可能认为全表扫描然后排序比使用索引更有效。

• 确保WHERE子句中的条件能够充分利用索引。
• 避免在WHERE子句中使用OR操作符，尽量使用UNION ALL代替。
• 尽量将WHERE子句中的条件放在索引列上。

2.5 调整optimizer_switch

optimizer_switch是MySQL的一个系统变量，用于控制优化器的行为。可以通过调整optimizer_switch来影响MySQL选择的排序策略。

• optimizer_switch变量包含多个标志，可以控制不同的优化器行为。
• 例如，可以禁用engine_condition_pushdown标志，阻止MySQL将WHERE子句中的条件推送到存储引擎，从而影响索引的使用。

示例：

SET optimizer_switch = 'engine_condition_pushdown=off';

2.6 强制使用索引 (FORCE INDEX)

在某些情况下，MySQL优化器可能无法选择最佳的索引。可以使用FORCE INDEX提示来强制MySQL使用指定的索引。

示例：

SELECT * FROM orders FORCE INDEX (idx_customer_order_date) ORDER BY customer_id, order_date;

注意： FORCE INDEX应该谨慎使用，因为它会阻止MySQL优化器选择其他可能更有效的索引。

3. Sort Buffer调优

即使避免了Using filesort，Sort Buffer的配置也会直接影响排序的效率。Sort Buffer是MySQL用于排序的内存缓冲区。

3.1 了解Sort Buffer

Sort Buffer是MySQL用于在内存中进行排序的缓冲区。当需要对结果集进行排序时，MySQL会将数据加载到Sort Buffer中，然后在内存中进行排序。

• Sort Buffer的大小由sort_buffer_size参数控制。
• 如果Sort Buffer足够大，可以容纳整个结果集，则MySQL可以在内存中完成排序。
• 如果Sort Buffer不够大，MySQL会使用磁盘上的临时文件进行排序（filesort）。

3.2 如何调整sort_buffer_size？

sort_buffer_size参数控制Sort Buffer的大小。可以通过修改MySQL配置文件或使用SET语句来调整sort_buffer_size。

示例：

-- 查看当前的sort_buffer_size
SHOW VARIABLES LIKE 'sort_buffer_size';

-- 修改sort_buffer_size
SET GLOBAL sort_buffer_size = 16777216; -- 16MB

注意：

• sort_buffer_size是每个连接的参数，因此增加sort_buffer_size会增加内存的消耗。
• sort_buffer_size不宜设置过大，否则可能会导致内存溢出。
• 应该根据实际情况调整sort_buffer_size，使其能够容纳大部分排序操作。
• 可以使用性能监控工具来监控Sort Buffer的使用情况，并根据监控结果进行调整。

3.3 优化Sort Buffer的使用

• 尽量避免不必要的排序： 通过创建合适的索引来避免排序操作。
• 减小排序的数据量： 通过WHERE子句过滤掉不需要的数据，减少需要排序的数据量。
• 使用覆盖索引： 避免回表查询，减少需要加载到Sort Buffer中的数据量。

4. 案例分析

4.1 案例一：电商网站订单查询

假设有一个电商网站，需要查询某个用户的所有订单，并按照订单日期进行排序。

CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    customer_id INT NOT NULL,
    order_date DATE NOT NULL,
    total_amount DECIMAL(10, 2) NOT NULL
);

查询语句如下：

SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 101 ORDER BY order_date;

如果没有合适的索引，EXPLAIN的结果中Extra列很可能会显示Using filesort。为了避免这种情况，可以创建一个联合索引：

CREATE INDEX idx_customer_order_date ON orders (customer_id, order_date);

4.2 案例二：论坛帖子查询

假设有一个论坛，需要查询某个版块的所有帖子，并按照发布时间进行排序。

CREATE TABLE posts (
    post_id INT PRIMARY KEY,
    board_id INT NOT NULL,
    post_date DATETIME NOT NULL,
    content TEXT NOT NULL
);

查询语句如下：

SELECT * FROM posts WHERE board_id = 1 ORDER BY post_date DESC;

如果没有合适的索引，EXPLAIN的结果中Extra列很可能会显示Using filesort。为了避免这种情况，可以创建一个联合索引：

CREATE INDEX idx_board_post_date ON posts (board_id, post_date);

此外，由于content字段是TEXT类型，可以考虑使用覆盖索引，只查询需要的列，避免加载content字段到Sort Buffer中。

EXPLAIN SELECT post_id, board_id, post_date FROM posts WHERE board_id = 1 ORDER BY post_date DESC;

5. 总结排序优化策略

1. 索引是关键： 创建合适的索引是避免Using filesort的最有效方法。确保索引覆盖ORDER BY子句中的所有列，并且索引的顺序与ORDER BY子句中的列顺序一致。
2. 覆盖索引： 尽量使用覆盖索引，避免回表查询，减少需要排序的数据量。
3. 避免大型字段排序： 避免在TEXT或BLOB等大型字段上排序，可以考虑对这些字段进行哈希处理，然后对哈希值进行排序。
4. 优化WHERE子句： 确保WHERE子句中的条件能够充分利用索引，减少需要排序的数据量。
5. Sort Buffer调优： 根据实际情况调整sort_buffer_size参数，使其能够容纳大部分排序操作。
6. 监控和调整： 使用性能监控工具来监控Sort Buffer的使用情况，并根据监控结果进行调整。

希望今天的分享能帮助大家更好地理解MySQL的排序优化，并在实际工作中应用这些策略，提高查询性能。谢谢大家！