MySQL的Query Rewrite：如何利用它实现基于规则的查询优化？ - 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 Query Rewrite：基于规则的查询优化利器

大家好，今天我们来深入探讨MySQL Query Rewrite这一强大的功能，学习如何利用它实现基于规则的查询优化。Query Rewrite是MySQL服务器在执行查询之前，根据预定义的规则自动修改查询语句的过程。通过它可以有效地提高查询性能，减少资源消耗，并简化复杂的查询逻辑。

1. Query Rewrite 的基本概念与原理

Query Rewrite 的核心在于rewriter插件。该插件截获用户提交的SQL查询，并根据预定义的规则进行匹配和转换。如果查询语句符合某个规则，则会被改写成优化后的形式，然后提交给MySQL服务器执行。

其工作流程大致如下：

用户提交查询： 用户向MySQL服务器提交SQL查询语句。
插件拦截： rewriter插件拦截该查询语句。
规则匹配： 插件将查询语句与已定义的Rewrite规则进行匹配。
查询改写： 如果查询语句与某个规则匹配成功，则根据该规则进行改写，生成新的查询语句。
执行优化后的查询： MySQL服务器执行改写后的查询语句。
返回结果： 服务器将查询结果返回给用户。

2. Query Rewrite 的优势

性能优化： 通过重写查询，可以避免全表扫描、优化JOIN操作、利用索引等，从而显著提高查询性能。
透明性： 对应用程序而言，Query Rewrite 是透明的。应用程序无需修改代码，即可享受性能提升。
灵活性： 可以根据实际情况定义各种Rewrite规则，满足不同的优化需求。
简化复杂查询： 可以将复杂的查询逻辑分解成更简单的形式，提高可读性和可维护性。
避免应用层修改： 当数据库结构或者索引变更时，可以通过Query Rewrite 来适应变化，而无需修改应用程序代码。

3. Query Rewrite 的安装与配置

MySQL 5.7及更高版本默认包含 rewriter 插件。可以通过以下命令检查插件是否已安装：

SHOW PLUGINS LIKE 'rewriter';

如果插件未安装，可以使用以下命令安装：

INSTALL PLUGIN rewriter SONAME 'rewriter.so';

要卸载插件，可以使用：

UNINSTALL PLUGIN rewriter;

安装完成后，需要创建Rewrite规则。这些规则存储在 mysql.rewrite_rules 表中。

4. Rewrite规则的语法

Rewrite规则主要包含以下几个关键元素：

pattern: 用于匹配原始查询语句的正则表达式。
replacement: 用于替换原始查询语句的SQL语句或表达式。
database: 规则生效的数据库名称。
comment: 规则的描述信息。
enabled: 规则是否启用（1表示启用，0表示禁用）。
message: 可选，当规则匹配时，可以返回一个消息到客户端。

规则的创建、修改和删除通过mysql.rewrite_rules表进行。例如，插入一条规则：

INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled)
VALUES ('SELECT * FROM t1 WHERE col1 = ?', 'SELECT col1, col2 FROM t1 WHERE col1 = ?', 'test', 'Optimize SELECT *', 1);

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

其中：

pattern 是一个正则表达式，用于匹配 SELECT * FROM t1 WHERE col1 = ? 形式的查询。? 是一个占位符，表示任意参数。
replacement 是一个SQL语句，用于将匹配到的查询改写为 SELECT col1, col2 FROM t1 WHERE col1 = ?。
database 指定该规则只在 test 数据库中生效。
comment 是对该规则的描述。
enabled 设置为 1，表示启用该规则。
FLUSH QUERY REWRITE RULES 语句用于刷新Rewrite规则，使新添加的规则生效。这个步骤非常重要，每次修改规则后都必须执行。

5. 常见Query Rewrite 使用场景与示例

下面列举一些常见的Query Rewrite使用场景，并提供相应的示例代码：

5.1 优化 SELECT * 查询

避免使用 SELECT *，只选择需要的列可以减少数据传输量，提高查询效率。

-- 原始查询
SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123;

-- Rewrite规则
INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled)
VALUES ('SELECT \* FROM orders WHERE customer_id = (.*)', 'SELECT order_id, order_date, total_amount FROM orders WHERE customer_id = $1', 'your_database', 'Optimize SELECT * for orders table', 1);

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

-- 现在，执行以下查询时，会自动改写为优化后的形式
SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123; --会被改写为 SELECT order_id, order_date, total_amount FROM orders WHERE customer_id = 123

在这个例子中，pattern 使用正则表达式匹配 SELECT * FROM orders WHERE customer_id = ... 形式的查询。\* 匹配字面上的 *，(.*) 匹配 customer_id 的值，并将其捕获到 $1 中。replacement 使用 $1 引用捕获的值，生成优化后的查询语句。

5.2 强制使用索引

在某些情况下，MySQL优化器可能没有选择最佳索引。可以使用Query Rewrite 强制使用指定的索引。

-- 原始查询
SELECT * FROM products WHERE category_id = 10 AND price > 50;

-- Rewrite规则
INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled)
VALUES ('SELECT \* FROM products WHERE category_id = (.*) AND price > (.*)', 'SELECT * FROM products FORCE INDEX (idx_category_price) WHERE category_id = $1 AND price > $2', 'your_database', 'Force index idx_category_price', 1);

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

-- 现在，执行以下查询时，会自动改写为优化后的形式
SELECT * FROM products WHERE category_id = 10 AND price > 50; --会被改写为 SELECT * FROM products FORCE INDEX (idx_category_price) WHERE category_id = 10 AND price > 50

这个例子中，FORCE INDEX (idx_category_price) 强制MySQL使用 idx_category_price 索引。

5.3 优化 LIKE 查询

以%开头的 LIKE 查询通常无法使用索引，导致全表扫描。可以尝试使用其他方式优化这类查询，或者在适当情况下拒绝执行。

-- 原始查询
SELECT * FROM users WHERE username LIKE '%keyword%';

-- Rewrite规则 (拒绝执行)
INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled, message)
VALUES ('SELECT \* FROM users WHERE username LIKE '%([a-zA-Z0-9]+)%'', 'SELECT 'Query Rewrite: LIKE with leading wildcard is not allowed' AS message', 'your_database', 'Disable LIKE with leading wildcard', 1, 'LIKE查询不能以%开头');

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

-- 现在，执行以下查询时，会返回自定义错误信息
SELECT * FROM users WHERE username LIKE '%keyword%'; -- 返回 'Query Rewrite: LIKE with leading wildcard is not allowed'

在这个例子中，如果查询语句包含以 % 开头的 LIKE 查询，Rewrite规则会将其改写为一个返回错误信息的查询。message 字段允许自定义返回客户端的消息。注意，实际生产环境中，更合理的做法是修改应用代码，避免这种查询。

5.4 简化复杂JOIN

将复杂的JOIN查询分解成多个简单的查询，可以提高查询效率，并使查询逻辑更清晰。这需要结合存储过程或者视图来完成。

5.5 自动添加 WHERE 条件

在某些情况下，可能需要在所有查询中自动添加一个WHERE条件，例如用于数据权限控制。

-- 原始查询
SELECT * FROM sensitive_data;

-- Rewrite规则
INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled)
VALUES ('SELECT (.*) FROM sensitive_data(.*)', 'SELECT $1 FROM sensitive_data $2 WHERE user_id = CURRENT_USER()', 'your_database', 'Add user_id condition to sensitive_data', 1);

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

-- 现在，执行以下查询时，会自动改写为优化后的形式
SELECT * FROM sensitive_data; --会被改写为 SELECT * FROM sensitive_data  WHERE user_id = CURRENT_USER()

5.6 替换过时的函数

如果数据库中使用了过时的函数，可以使用 Query Rewrite 将其替换为新的函数。

-- 原始查询
SELECT OLD_FUNCTION(column1) FROM table1;

-- Rewrite规则
INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled)
VALUES ('SELECT OLD_FUNCTION\((.*)\) FROM table1', 'SELECT NEW_FUNCTION($1) FROM table1', 'your_database', 'Replace OLD_FUNCTION with NEW_FUNCTION', 1);

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

-- 现在，执行以下查询时，会自动改写为优化后的形式
SELECT OLD_FUNCTION(column1) FROM table1; --会被改写为 SELECT NEW_FUNCTION(column1) FROM table1

6. Query Rewrite 的注意事项

性能影响： 虽然Query Rewrite旨在提高性能，但过多的规则或复杂的正则表达式可能会引入额外的开销。因此，需要仔细评估Rewrite规则的性能影响。
正则表达式： pattern 字段使用正则表达式进行匹配。需要熟悉正则表达式的语法，并编写高效的正则表达式。
测试： 在生产环境中应用Rewrite规则之前，务必进行充分的测试，确保规则能够正确地改写查询，并且不会引入错误。
规则顺序： Rewrite规则的顺序很重要。MySQL按照规则在mysql.rewrite_rules表中的顺序进行匹配。如果一个查询语句匹配了多个规则，则只有第一个匹配的规则生效。
安全性： 需要注意Rewrite规则的安全性，避免恶意用户利用Rewrite规则执行未经授权的操作。
维护： 随着应用程序的发展，需要定期检查和维护Rewrite规则，确保其仍然有效和适用。
调试： 可以使用 SET optimizer_trace="enabled=on"; 和 SELECT * FROM information_schema.OPTIMIZER_TRACE; 来查看查询优化器的执行过程，包括Query Rewrite 的应用情况。
占位符: 谨慎使用占位符，特别是在涉及字符串字面量的情况下，避免SQL注入风险。如果需要处理字符串，最好进行转义处理。

7. 创建规则的最佳实践

从小处着手: 优先处理那些对性能影响最大的查询。
具体规则优先: 更具体的规则应该放在更通用的规则之前。
规则描述: 为每个规则添加清晰的描述，方便维护和理解。
版本控制: 使用版本控制系统来管理Rewrite规则，方便回滚和追踪变更。
监控: 监控Query Rewrite 的效果，确保其能够提高查询性能。
逐步应用: 不要一次性应用大量的Rewrite规则，而是逐步应用，并进行充分的测试。
避免循环改写: 确保Rewrite规则不会导致查询语句被循环改写。例如，规则A将查询改写为规则B，规则B又将查询改写为规则A。

8. 一个更复杂的例子：分页查询优化

假设我们有一个 products 表，需要进行分页查询。原始的查询可能如下：

SELECT * FROM products LIMIT 10 OFFSET 20;

如果表数据量很大，这种查询可能会很慢，因为它需要扫描 20 + 10 行数据。我们可以使用 Rewrite 规则，结合存储过程，优化这种查询。

首先，创建一个存储过程，利用索引进行分页：

DELIMITER //
CREATE PROCEDURE get_products_paged(IN page INT, IN page_size INT)
BEGIN
  SET @offset = (page - 1) * page_size;
  PREPARE stmt FROM 'SELECT * FROM products ORDER BY product_id LIMIT ?, ?';
  SET @page_size = page_size;
  EXECUTE stmt USING @offset, @page_size;
  DEALLOCATE PREPARE stmt;
END //
DELIMITER ;

然后，创建 Rewrite 规则：

INSERT INTO mysql.rewrite_rules (pattern, replacement, database, comment, enabled)
VALUES ('SELECT \* FROM products LIMIT (.*) OFFSET (.*)', 'CALL get_products_paged($2 / $1 + 1, $1)', 'your_database', 'Optimize LIMIT OFFSET with stored procedure', 1);

FLUSH QUERY REWRITE RULES;

-- 现在，执行以下查询时，会自动改写为调用存储过程
SELECT * FROM products LIMIT 10 OFFSET 20; --会被改写为 CALL get_products_paged(3, 10)

这个例子中，我们将 LIMIT 和 OFFSET 参数传递给存储过程，由存储过程利用索引进行分页查询。注意，这个例子比较复杂，需要仔细测试存储过程和Rewrite规则的正确性。

结论：利用规则优化查询

Query Rewrite是MySQL提供的一种强大的查询优化工具。通过定义Rewrite规则，可以自动修改查询语句，从而提高查询性能，简化查询逻辑，并适应数据库结构的变化。理解Query Rewrite的原理和使用方法，可以帮助我们更好地优化MySQL数据库，提高应用程序的性能和可维护性。

掌握要点，灵活应用

理解Query Rewrite 的基本原理和语法，结合实际场景，灵活运用Rewrite规则，能够有效地提高数据库性能，简化开发工作。但是，务必注意性能影响，进行充分的测试，并定期维护Rewrite规则，以确保其始终有效和适用。

MySQL Query Rewrite：基于规则的查询优化利器

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