MySQL索引下推ICP未生效？覆盖索引扫描与MRR优化器提示强制策略

MySQL索引下推ICP未生效？覆盖索引扫描与MRR优化器提示强制策略

各位同学，大家好！今天我们来聊聊MySQL索引相关的几个高级主题：索引下推(ICP)、覆盖索引扫描以及MRR(Multi-Range Read)优化器提示。这些都是MySQL优化中非常重要的手段，但也是容易出现误解和配置错误的地方。我们将会深入探讨这些技术，并通过实际案例分析它们的工作原理和潜在问题。

1. 索引下推(Index Condition Pushdown – ICP)

1.1 ICP的概念

索引下推(ICP)是MySQL 5.6版本引入的一项优化技术。它的核心思想是将部分WHERE条件过滤操作从存储引擎层下推到索引层进行。这样可以减少存储引擎层向上层(MySQL Server层)返回的数据量，从而提高查询效率。

简单来说，在没有ICP的情况下，存储引擎层会根据索引找到所有符合索引列条件的记录，然后将这些记录返回给MySQL Server层，由Server层根据剩余的WHERE条件进行过滤。而有了ICP，存储引擎层在找到符合索引列条件的记录后，会先根据WHERE条件中可以利用索引的其他列进行过滤，然后再将过滤后的记录返回给Server层。

1.2 ICP的适用场景

ICP主要适用于以下场景：

• 查询语句中WHERE条件包含可以使用索引的列，并且WHERE条件中还有其他不能使用索引的列。
• 存储引擎层支持ICP（InnoDB和MyISAM都支持）。
• 不是所有的WHERE条件都能下推，只有能通过索引列进行评估的条件才能下推。例如，使用LIKE 'abc%'可以下推，但使用LIKE '%abc'就不能下推。
• 覆盖索引扫描已经可以提供完整的查询结果时，ICP不会生效。

1.3 ICP的开启与关闭

ICP默认是开启的。可以通过以下方式查看是否开启：

SHOW VARIABLES LIKE 'optimizer_switch';

在结果中，如果index_condition_pushdown是on，则表示ICP已开启。

可以通过以下语句来控制ICP的开启和关闭：

SET optimizer_switch = 'index_condition_pushdown=off';  -- 关闭ICP
SET optimizer_switch = 'index_condition_pushdown=on';   -- 开启ICP

注意： 通常情况下，我们不需要手动关闭ICP。只有在极少数情况下，ICP可能会导致性能下降，才需要考虑关闭。

1.4 ICP的生效条件

虽然ICP默认开启，但并非所有查询都会自动使用ICP。以下是一些影响ICP生效的因素：

• 索引类型： ICP主要用于二级索引，对于主键索引，通常不需要ICP。
• 查询条件： WHERE条件中必须包含可以使用索引的列，并且还需要有其他不能使用索引的列，这些不能使用索引的列的条件才能被下推。
• 数据类型： 只有部分数据类型支持ICP。
• 优化器选择： 优化器可能会因为其他原因选择不使用ICP。

1.5 ICP未生效的原因分析及解决方法

即使满足了ICP的适用场景，ICP也可能因为各种原因未生效。以下是一些常见的原因及解决方法：

1. 查询条件不满足ICP的要求：
   • 原因： WHERE条件中没有其他不能使用索引的列，或者WHERE条件中的所有列都可以通过索引直接获取。
   • 解决方法： 检查WHERE条件，确保包含不能使用索引的列。
2. 索引类型不支持ICP：
   • 原因： 使用了不支持ICP的索引类型，例如全文索引。
   • 解决方法： 考虑使用其他索引类型，或者修改查询语句。
3. 优化器没有选择ICP：
   • 原因： 优化器认为使用其他优化方式可能更高效。
   • 解决方法： 可以尝试使用FORCE INDEX提示来强制使用索引，并观察是否启用了ICP。也可以分析查询计划，看看优化器为什么没有选择ICP。
4. 使用了覆盖索引：
   • 原因： 当查询可以通过覆盖索引直接获取所有需要的数据时，不需要回表查询，因此ICP也不会生效。
   • 解决方法： 如果确实需要使用ICP，可以考虑修改索引定义，使其不再是覆盖索引。
5. MySQL版本问题：
   • 原因： 某些MySQL版本可能存在ICP的Bug。
   • 解决方法： 升级MySQL版本。

1.6 案例分析

假设我们有一个名为orders的表，包含以下字段：

• order_id (INT, PRIMARY KEY)
• customer_id (INT, INDEX)
• order_date (DATE, INDEX)
• order_amount (DECIMAL)
• order_status (VARCHAR(20))

现在我们执行以下查询：

SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date > '2023-01-01' AND order_status = 'pending';

在这个查询中，customer_id和order_date都有索引，但order_status没有索引。在没有ICP的情况下，MySQL会先根据customer_id和order_date的索引找到所有符合条件的记录，然后将这些记录返回给Server层，由Server层根据order_status进行过滤。

而有了ICP，存储引擎层在找到符合customer_id和order_date的记录后，会先根据order_status进行过滤，然后再将过滤后的记录返回给Server层。这样可以减少Server层需要处理的数据量，从而提高查询效率。

我们可以通过EXPLAIN语句来查看是否使用了ICP：

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date > '2023-01-01' AND order_status = 'pending';

如果Extra列中包含Using index condition，则表示使用了ICP。

如果Extra列中没有Using index condition，则表示没有使用ICP。可以检查上述原因，并尝试解决。

2. 覆盖索引扫描

2.1 覆盖索引的概念

覆盖索引是指一个索引包含了所有需要查询的字段。当查询只需要从索引中获取数据，而不需要回表查询时，就称为覆盖索引扫描。

覆盖索引扫描可以显著提高查询效率，因为它避免了回表查询的开销。回表查询是指通过索引找到记录后，还需要根据主键或其他唯一键再次查询表才能获取所有需要的数据。

2.2 覆盖索引的优点

• 减少IO操作： 避免了回表查询，减少了磁盘IO操作。
• 提高查询速度： 由于减少了IO操作，查询速度更快。

2.3 覆盖索引的缺点

• 增加索引大小： 覆盖索引需要包含所有需要查询的字段，这会增加索引的大小。
• 维护成本增加： 当需要修改表结构时，可能需要修改覆盖索引，这会增加维护成本。

2.4 覆盖索引的使用场景

覆盖索引适用于以下场景：

• 查询只需要获取索引中的字段。
• 表的数据量较大，回表查询的开销较高。
• 不需要频繁修改表结构。

2.5 案例分析

假设我们有一个名为users的表，包含以下字段：

• user_id (INT, PRIMARY KEY)
• username (VARCHAR(50), UNIQUE INDEX)
• email (VARCHAR(100))
• registration_date (DATE)

现在我们执行以下查询：

SELECT username FROM users WHERE username LIKE 'john%';

如果我们在username列上创建了索引，并且查询只需要获取username字段，那么这个索引就可以作为覆盖索引。MySQL可以直接从索引中获取username字段的值，而不需要回表查询。

CREATE INDEX idx_username ON users (username);

我们可以通过EXPLAIN语句来查看是否使用了覆盖索引：

EXPLAIN SELECT username FROM users WHERE username LIKE 'john%';

如果Extra列中包含Using index，则表示使用了覆盖索引。

2.6 覆盖索引与ICP

覆盖索引和ICP是两种不同的优化技术，但它们之间存在一定的关系。当查询可以使用覆盖索引时，通常不需要ICP，因为覆盖索引已经可以提供完整的查询结果。

然而，在某些情况下，即使使用了覆盖索引，也可能需要ICP。例如，当WHERE条件中包含可以使用索引的列，并且还需要有其他不能使用索引的列时，即使索引是覆盖索引，也可能需要ICP来过滤数据。

3. MRR(Multi-Range Read)优化器提示强制策略

3.1 MRR的概念

MRR(Multi-Range Read)是MySQL 5.6版本引入的另一种优化技术。它的核心思想是将随机IO转换为顺序IO，从而提高查询效率。

在没有MRR的情况下，MySQL会根据索引找到所有符合条件的记录，然后按照这些记录在表中的物理顺序进行回表查询。由于这些记录在表中的物理顺序可能是随机的，因此回表查询可能会导致大量的随机IO。

而有了MRR，MySQL会先将根据索引找到的记录按照主键或其他唯一键进行排序，然后再按照排序后的顺序进行回表查询。由于排序后的记录在表中的物理顺序更接近，因此回表查询可以减少随机IO，增加顺序IO。

3.2 MRR的适用场景

MRR主要适用于以下场景：

• 查询需要回表查询。
• 表的数据量较大。
• 索引的选择性较高。

3.3 MRR的开启与关闭

MRR默认是开启的。可以通过以下方式查看是否开启：

SHOW VARIABLES LIKE 'optimizer_switch';

在结果中，如果mrr是on，则表示MRR已开启。

可以通过以下语句来控制MRR的开启和关闭：

SET optimizer_switch = 'mrr=off';  -- 关闭MRR
SET optimizer_switch = 'mrr=on';   -- 开启MRR

3.4 MRR相关参数

以下是一些与MRR相关的参数：

• mrr_cost_based：是否启用基于成本的MRR优化。
• mrr_buffer_size：MRR缓冲区的大小。

3.5 MRR未生效的原因分析及解决方法

即使MRR默认开启，也可能因为各种原因未生效。以下是一些常见的原因及解决方法：

1. 查询不需要回表查询：
   • 原因： 查询可以使用覆盖索引，不需要回表查询。
   • 解决方法： 检查查询是否可以使用覆盖索引。
2. 索引的选择性较低：
   • 原因： 索引的选择性较低，导致MRR的优化效果不明显。
   • 解决方法： 考虑使用其他索引，或者修改查询语句。
3. 优化器没有选择MRR：
   • 原因： 优化器认为使用其他优化方式可能更高效。
   • 解决方法： 可以尝试使用FORCE INDEX提示来强制使用索引，并观察是否启用了MRR。也可以分析查询计划，看看优化器为什么没有选择MRR。
4. MRR缓冲区太小：
   • 原因： MRR缓冲区太小，无法容纳所有需要排序的记录。
   • 解决方法： 增加mrr_buffer_size的值。

3.6 优化器提示强制策略

MySQL提供了一些优化器提示(Optimizer Hints)，可以用来强制优化器选择特定的执行计划。以下是一些与MRR相关的优化器提示：

• /*+ MRR(index_name) */：强制使用MRR，并指定索引。
• /*+ NO_MRR() */：禁止使用MRR。

例如：

SELECT /*+ MRR(idx_customer_id) */ * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date > '2023-01-01';

这条语句会强制使用idx_customer_id索引，并启用MRR。

注意： 优化器提示应该谨慎使用。过度使用优化器提示可能会导致性能下降，因为优化器提示可能会阻止优化器选择更优的执行计划。

3.7 案例分析

回到orders表，假设我们执行以下查询：

SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date > '2023-01-01';

在这个查询中，如果customer_id和order_date的索引选择性较高，并且需要回表查询所有字段，那么MRR可以提高查询效率。

我们可以通过EXPLAIN语句来查看是否使用了MRR：

EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date > '2023-01-01';

如果Extra列中包含Using MRR，则表示使用了MRR。

如果没有使用MRR，可以尝试使用FORCE INDEX提示来强制使用索引，并启用MRR。

EXPLAIN SELECT /*+ FORCE INDEX(idx_customer_id_order_date) MRR(idx_customer_id_order_date) */ * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date > '2023-01-01';

其中，idx_customer_id_order_date是customer_id和order_date的联合索引。

4. ICP、覆盖索引和MRR的联系与区别

特性	ICP (Index Condition Pushdown)	覆盖索引 (Covering Index)	MRR (Multi-Range Read)
目的	减少存储引擎层返回的数据量给 Server 层,减少不必要的回表操作。	避免回表查询，直接从索引中获取所有需要的数据。	将随机IO转换为顺序IO，减少回表查询的开销。
原理	将部分WHERE条件过滤操作下推到存储引擎层进行。	索引包含所有查询需要的列，无需访问表数据。	根据索引找到的记录按照主键或其他唯一键进行排序，再回表查询。
适用场景	WHERE条件包含可以使用索引的列，并且还有其他不能使用索引的列。	查询只需要获取索引中的字段，避免回表。	查询需要回表查询，且索引的选择性较高。
优点	减少Server层处理的数据量，提高查询效率。	减少IO操作，提高查询速度。	减少随机IO，提高查询效率。
缺点	并非所有WHERE条件都能下推。	增加索引大小和维护成本。	需要额外的排序操作，可能增加CPU开销。
关系	覆盖索引可能导致ICP不生效。	ICP与MRR可以同时生效，它们优化不同的环节。	ICP与MRR可以同时生效，它们优化不同的环节。

5. 优化方向总结

• 了解查询的执行计划： 使用EXPLAIN语句分析查询的执行计划，了解MySQL是如何执行查询的。
• 选择合适的索引： 根据查询的WHERE条件和需要获取的字段，选择合适的索引。
• 考虑覆盖索引： 如果查询只需要获取索引中的字段，可以考虑使用覆盖索引。
• 开启ICP和MRR： 确保ICP和MRR已开启，并观察它们是否生效。
• 使用优化器提示： 在必要时，可以使用优化器提示来强制优化器选择特定的执行计划。
• 监控数据库性能： 定期监控数据库性能，并根据实际情况进行优化。

今天的内容就到这里，希望对大家有所帮助。感谢大家的聆听！