【MySQL 原理分析】之 Explain & Trace 深入分析全模糊查询(%%)走索引的原理

一、背景

今天，交流群有一位同学提出了一个问题。看下图：

之后，这位同学确实也发了一个全模糊查询走索引的例子：

到这我们可以发现，这两个sql最大的区别是：一个是查询全字段（select *），而一个只查询主键（select id）。

此时，又有其他同学讲了其他方案：

全文索引这个不用说，那是能让全模糊查询走索引的。但是索引覆盖这个方案，我觉得才是符合背景的：

1、因为提问的背景就是模糊查询字段是普通索引，而普通索引只查询主键就能用上覆盖索引。

2、并且背景中，就是只查询主键（ID）就显示用上索引了。

二、数据准备和场景重现

1、准备表和数据：

创建 user 表，给 phone 字段加了个普通索引：

CREATE TABLE `user` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `age` int(11) DEFAULT NULL,
  `phone` varchar(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `index_phone` (`phone`) USING BTREE COMMENT 'phone索引'
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=200007 DEFAULT CHARSET=utf8;

准备10万条数据意思意思：

delimiter ;
CREATE DEFINER=`root`@`localhost` PROCEDURE `iniData`()
begin
  declare i int;
  set i=1;
  while(i<=100000)do
    insert into user(name,age,phone) values('测试', i, 15627230000+i);
    set i=i+1;
  end while;
end;;
delimiter ;

call iniData();

2、执行 SQL ，查看执行计划：

explain select * from user where phone like '%156%';
explain select id from user where phone like '%156%';

3、执行结果：

id	select_type	table	partitions	type	possible_keys	key	key_len	ref	rows	filtered	Extra
1	SIMPLE	user		ALL					99927	11.11	Using where

id	select_type	table	partitions	type	possible_keys	key	key_len	ref	rows	filtered	Extra
1	SIMPLE	user		index		index_phone	36		99927	11.11	Using where; Using index

我们可以发现，第二条 SQL 确实是显示用上了 index_phone 索引。

但是细心的同学可能会发现：possible_keys 竟然为空！有猫腻。。。

我这里先说一下 prossible_keys 和 key 的关系：

1、possible_keys 为可能使用的索引，而 key 是实际使用的索引；

2、正常是： key 的索引，必然会包含在 possible_keys 中。

还有猫腻一点就是：使用索引和不使用索引读取的行数（rows）竟然是一样的！

三、验证和阶段性猜想

上面讲到，possible_keys 和 key 的关系，那么我们利用正常的走索引来验证一下。

下面的 SQL， 不是全模糊查询，而是右模糊查询，保证是一定走索引的，我们分别看看此时 possible_keys 和 key 的值：

explain select id from user where phone like '156%';

执行结果：

id	select_type	table	partitions	type	possible_keys	key	key_len	ref	rows	filtered	Extra
1	SIMPLE	user		range	index_phone	index_phone	36		49963	100	Using where; Using index

这里太明显了：

1、possible_keys 里确实包含了 key 里的索引。

2、 并且rows 瞬间降到 49963，整整降了一倍，并且 filtered 也达到了 100。

阶段猜想：

1、首先，select id from user where phone like '%156%'; 因为覆盖索引而用上了索引 index_phone。

2、possible_keys 为 null，证明用不上索引的树形查找。很明显，select id from user where phone like '%156%'; 即使显示走了索引，但是读取行数 rows 和 select * from user where phone like '%156%'; 没有走索引的 rows 是一样的。

3、那么，我们可以猜测到，select id from user where phone like '%156%'; 即使因为覆盖索引而用上了 index_phone 索引，但是却没用上树形查找，只是正常顺序遍历了索引树。所以说，其实这两条 SQL 在表字段不多的情况下，查询性能应该差不了多少。

四、通过 Trace 分析来验证

我们分别利用 Trace 分析对于这两个 SQL 优化器是如何选择的。

1、查询全字段：

-- 开启优化器跟踪
set session optimizer_trace='enabled=on';
select * from user where phone like '%156%';
-- 查看优化器追踪
select * from information_schema.optimizer_trace;

下面我们只看 TRACE 就行了：

{
  "steps": [
    {
      "join_preparation": {
        "select#": 1,
        "steps": [
          {
            "expanded_query": "/* select#1 */ select `user`.`id` AS `id`,`user`.`name` AS `name`,`user`.`age` AS `age`,`user`.`phone` AS `phone` from `user` where (`user`.`phone` like '%156%')"
          }
        ]
      }
    },
    {
      "join_optimization": {
        "select#": 1,
        "steps": [
          {
            "condition_processing": {
              "condition": "WHERE",
              "original_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')",
              "steps": [
                {
                  "transformation": "equality_propagation",
                  "resulting_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                },
                {
                  "transformation": "constant_propagation",
                  "resulting_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                },
                {
                  "transformation": "trivial_condition_removal",
                  "resulting_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                }
              ]
            }
          },
          {
            "substitute_generated_columns": {
            }
          },
          {
            "table_dependencies": [
              {
                "table": "`user`",
                "row_may_be_null": false,
                "map_bit": 0,
                "depends_on_map_bits": [
                ]
              }
            ]
          },
          {
            "ref_optimizer_key_uses": [
            ]
          },
          {
            "rows_estimation": [
              {
                "table": "`user`",
                "table_scan": {
                  "rows": 99927,
                  "cost": 289
                }
              }
            ]
          },
          {
            "considered_execution_plans": [
              {
                "plan_prefix": [
                ],
                "table": "`user`",
                "best_access_path": {
                  "considered_access_paths": [
                    {
                      "rows_to_scan": 99927,
                      "access_type": "scan", // 顺序扫描
                      "resulting_rows": 99927,
                      "cost": 20274,
                      "chosen": true
                    }
                  ]
                },
                "condition_filtering_pct": 100,
                "rows_for_plan": 99927,
                "cost_for_plan": 20274,
                "chosen": true
              }
            ]
          },
          {
            "attaching_conditions_to_tables": {
              "original_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')",
              "attached_conditions_computation": [
              ],
              "attached_conditions_summary": [
                {
                  "table": "`user`",
                  "attached": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                }
              ]
            }
          },
          {
            "refine_plan": [
              {
                "table": "`user`"
              }
            ]
          }
        ]
      }
    },
    {
      "join_execution": {
        "select#": 1,
        "steps": [
        ]
      }
    }
  ]
}

2、只查询主键

set session optimizer_trace='enabled=on';
select id from user where phone like '%156%';
-- 查看优化器追踪
select * from information_schema.optimizer_trace;

下面我们继续只看 TRACE 就行了：

{
  "steps": [
    {
      "join_preparation": {
        "select#": 1,
        "steps": [
          {
            "expanded_query": "/* select#1 */ select `user`.`id` AS `id` from `user` where (`user`.`phone` like '%156%')"
          }
        ]
      }
    },
    {
      "join_optimization": {
        "select#": 1,
        "steps": [
          {
            "condition_processing": {
              "condition": "WHERE",
              "original_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')",
              "steps": [
                {
                  "transformation": "equality_propagation",
                  "resulting_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                },
                {
                  "transformation": "constant_propagation",
                  "resulting_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                },
                {
                  "transformation": "trivial_condition_removal",
                  "resulting_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                }
              ]
            }
          },
          {
            "substitute_generated_columns": {
            }
          },
          {
            "table_dependencies": [
              {
                "table": "`user`",
                "row_may_be_null": false,
                "map_bit": 0,
                "depends_on_map_bits": [
                ]
              }
            ]
          },
          {
            "ref_optimizer_key_uses": [
            ]
          },
          {
            "rows_estimation": [
              {
                "table": "`user`",
                "table_scan": {
                  "rows": 99927,
                  "cost": 289
                }
              }
            ]
          },
          {
            "considered_execution_plans": [
              {
                "plan_prefix": [
                ],
                "table": "`user`",
                "best_access_path": {
                  "considered_access_paths": [
                    {
                      "rows_to_scan": 99927,
                      "access_type": "scan", // 顺序扫描
                      "resulting_rows": 99927,
                      "cost": 20274,
                      "chosen": true
                    }
                  ]
                },
                "condition_filtering_pct": 100,
                "rows_for_plan": 99927,
                "cost_for_plan": 20274,
                "chosen": true
              }
            ]
          },
          {
            "attaching_conditions_to_tables": {
              "original_condition": "(`user`.`phone` like '%156%')",
              "attached_conditions_computation": [
              ],
              "attached_conditions_summary": [
                {
                  "table": "`user`",
                  "attached": "(`user`.`phone` like '%156%')"
                }
              ]
            }
          },
          {
            "refine_plan": [
              {
                "table": "`user`"
              }
            ]
          }
        ]
      }
    },
    {
      "join_execution": {
        "select#": 1,
        "steps": [
        ]
      }
    }
  ]
}

好了，到这里我们可以发现，在 Trace 分析里面，都没显示优化器为这两个 SQL 实际选择了什么索引，而只是显示了都是用了 顺序扫描 的方式去查找数据。

可能唯一不同点就是：一个使用了主键索引的全表扫描，而另外一个是使用了普通索引的全表扫描；但是两个都没用上树形查找，也就是没用上 B+Tree 的特性来提升查询性能。

六、最后总结

1、当全模糊查询的 SQL 只查询主键作为结果集时，因为覆盖索引，会用上查询字段对应的索引。

2、即使用上了索引，但是却没用上树形查找的特性，只是正常的顺序遍历。

3、而正常的全表扫描也是主键索引的顺序遍历，所以说，其实这两者的性能其实是差不多的。