MySQL 高级—— Join 、索引 、优化

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一、Join 查询

1、SQL执行顺序（一般情况下）

1.1 手写顺序：

  SELECT DISTINCT
    < select_list >
  FROM
    < left_table > < join_type >
  JOIN < right_table > ON < join_condition >
  WHERE
      < where_condition >
  GROUP BY
      < group_by_list >
  HAVING 
      < having_condition >
  ORDER BY 
      < order_by_condition >
  LIMIT < limit_number >

1.2  机读顺序：

    FROM <left_table>
    ON <join_condition>
    <join_type> JOIN <right_table>
    WHERE <where_condition>
    GROUP BY <group_by_list>
    HAVING <having_condition>
    SELECT
    DISTINCT <select_list>
    ORDER BY <order_by_condition>
    LIMIT <limit_number>

1.3 总结：

​

2、Join 图

         ​

3、建表SQL

CREATE TABLE `tbl_dept` (
 `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `deptName` VARCHAR(30) DEFAULT NULL,
 `locAdd` VARCHAR(40) DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
CREATE TABLE `tbl_emp` (
 `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `name` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
 `deptId` INT(11) DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`),
 KEY `fk_dept_id` (`deptId`)
 #CONSTRAINT `fk_dept_id` FOREIGN KEY (`deptId`) REFERENCES `tbl_dept` (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
 
 
INSERT INTO tbl_dept(deptName,locAdd) VALUES('RD',11);
INSERT INTO tbl_dept(deptName,locAdd) VALUES('HR',12);
INSERT INTO tbl_dept(deptName,locAdd) VALUES('MK',13);
INSERT INTO tbl_dept(deptName,locAdd) VALUES('MIS',14);
INSERT INTO tbl_dept(deptName,locAdd) VALUES('FD',15);
 
 
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('z3',1);
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('z4',1);
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('z5',1);
 
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('w5',2);
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('w6',2);
 
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('s7',3);
 
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('s8',4);
 
INSERT INTO tbl_emp(NAME,deptId) VALUES('s9',51);

4、7种 JOIN

4.1 A、B两表共有

 select * from tbl_emp a inner join tbl_dept b on a.deptId = b.id;

4.2 A、B两表共有+A的独有

 select * from tbl_emp a left join tbl_dept b on a.deptId = b.id;

4.3 A、B两表共有+B的独有

 select * from tbl_emp a right join tbl_dept b on a.deptId = b.id;

4.4 A的独有

select * from tbl_emp a left join tbl_dept b on a.deptId = b.id where b.id is null;

4.5 B的独有

 select * from tbl_emp a right join tbl_dept b on a.deptId = b.id where a.deptId is null; #B的独有

4.6 AB全有

#MySQL Full Join的实现 因为MySQL不支持FULL JOIN,下面是替代方法
 #left join + union(可去除重复数据)+ right join
SELECT * FROM tbl_emp A LEFT JOIN tbl_dept B ON A.deptId = B.id
UNION
SELECT * FROM tbl_emp A RIGHT JOIN tbl_dept B ON A.deptId = B.id

4.7 A的独有+B的独有

SELECT * FROM tbl_emp A LEFT JOIN tbl_dept B ON A.deptId = B.id WHERE B.`id` IS NULL
UNION
SELECT * FROM tbl_emp A RIGHT JOIN tbl_dept B ON A.deptId = B.id WHERE A.`deptId` IS NULL;

二、索引与数据处理

1、什么是索引

1.1 索引的定义

MySQL官方对索引的定义为：索引（Index）是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。

可以得到索引的本质：索引是数据结构。

1.2 深入了解索引

你可以简单理解为“排好序的快速查找数据结构”。

详情：

在数据之外，数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式引用（指向）数据，这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法。这种数据结构，就是索引。下图就是一种可能的索引方式示例：

                 ​

             左边是数据表，一共有两列七条记录，最左边的是数据记录的物理地址

 为了加快Col2的查找，可以维护一个右边所示的二叉查找树，每个节点分别包含索引键值和一个指向对应数据记录物理地址的指针，这样就可以运用二叉查找在一定的复杂度内获取到相应数据，从而快速的检索出符合条件的记录。

结论：

数据本身之外，数据库还维护着一个满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式指向数据，
这样就可以在这些数据结构的基础上实现高级查找算法，这种数据结构就是索引。

2、 索引的结构  

一般来说索引本身也很大，不可能全部存储在内存中，因此索引往往以索引文件的形式存储的磁盘上。

我们平常所说的索引，如果没有特别指明，都是指B树(多路搜索树，并不一定是二叉的)结构组织的索引

BTREE：B树(Balance Tree多路平衡查找树)

                ​

其他结构的索引：Hash索引、full-text全文索引、R-Tree索引

3、索引的使用分类

3.1 共有三种：单值索引、唯一索引、符合索引、

1. 单值索引：即一个索引只包含单个列，一个表可以有多个单列索引
2. 唯一索引：索引列的值必须唯一，但允许有空值
3. 复合索引：即一个索引包含多个列

3.2 索引的使用语法：

① 创建：

CREATE  [UNIQUE ] INDEX indexName ON mytable(col01,col02,col03......); 
ALTER TABLE 表名 ADD  [UNIQUE ]  INDEX [indexName] ON (columnname(length)) 

② 删除：

DROP INDEX [indexName] ON mytable; 

③ 查看：

SHOW INDEX FROM table_nameG

④ 有四种方式（使用ALTER命令）来添加数据表的索引：

ALTER TABLE tbl_name ADD PRIMARY KEY (column_list): 该语句添加一个主键，这意味着索引值必须是唯一的，且不能为NULL。
 
ALTER TABLE tbl_name ADD UNIQUE index_name (column_list): 这条语句创建索引的值必须是唯一的（除了NULL外，NULL可能会出现多次）。
 
ALTER TABLE tbl_name ADD INDEX index_name (column_list): 添加普通索引，索引值可出现多次。

三、Explain

1、explain 是什么（查看执行计划）

使用EXPLAIN关键字可以模拟优化器执行SQL查询语句，从而知道MySQL是如何处理你的SQL语句的。分析你的查询语句或是表结构的性能瓶颈

2、explain 的作用

• 表的读取顺序
• 数据读取操作的操作类型
• 哪些索引可以使用
• 哪些索引被实际使用
• 表之间的引用
• 每张表有多少行被优化器查询

3、explain 的使用方式

Explain + SQL语句

执行计划包含的信息：

       ​

4、explain 各字段解释

4.1 id 字段

含义：select查询的序列号,包含一组数字，表示查询中执行select子句或操作表的顺序

三种使用状态：

① id相同，执行顺序由上至下

    ​

id相同，执行顺序由上至下

② id不同，如果是子查询，id的序号会递增，id值越大优先级越高，越先被执行

     ​

如果是子查询，id的序号会递增，id值越大优先级越高，越先被执行

③ id相同不同，同时存在

     ​

id如果相同，可以认为是一组，从上往下顺序执行；
在所有组中，id值越大，优先级越高，越先执行

衍生 = DERIVED

4.2 select_type 字段

该字段常用定义有：

                       ​

作用： 查询的类型，主要是用于区别 普通查询、联合查询、子查询等的复杂查询

1. SIMPLE                — — 简单的 select 查询,查询中不包含子查询或者UNION
2. PRIMARY             — — 查询中若包含任何复杂的子部分，最外层查询则被标记为
3. SUBQUERY         — — 在SELECT或WHERE列表中包含了子查询
4. DERIVED             — — 在FROM列表中包含的子查询被标记为DERIVED(衍生)
                                          MySQL会递归执行这些子查询, 把结果放在临时表里。
5. UNION                 — — 若第二个SELECT出现在UNION之后，则被标记为UNION；
                                         若UNION包含在FROM子句的子查询中,外层SELECT将被标记为：DERIVED
6. UNION RESULT  — — 从UNION表获取结果的SELECT

4.3 table 字段

作用： 显示这一行的数据是关于哪张表的

4.4 type 字段

（1）访问类型排列

       type显示的是访问类型，是较为重要的一个指标，结果值从最好到最坏依次是：

system > const > eq_ref > ref > fulltext > ref_or_null > index_merge > unique_subquery > index_subquery > range > index > ALL

一般来说，得保证查询至少达到range级别，最好能达到ref。

（2）从最好到最差依次是：system>const>eq_ref>ref>range>index>ALL

1. system — — 表只有一行记录（等于系统表），这是const类型的特列，平时不会出现，这个也可以忽略不计
2. const — — 表示通过索引一次就找到了,const用于比较primary key或者unique索引。因为只匹配一行数据，所以很快
                      如将主键置于where列表中，MySQL就能将该查询转换为一个常量​
3. eq_ref — — 唯一性索引扫描，对于每个索引键，表中只有一条记录与之匹配。常见于主键或唯一索引扫描​
4. ref — — 非唯一性索引扫描，返回匹配某个单独值的所有行.
                 本质上也是一种索引访问，它返回所有匹配某个单独值的行，然而，
                  它可能会找到多个符合条件的行，所以他应该属于查找和扫描的混合体​
5. range — — 只检索给定范围的行,使用一个索引来选择行。key 列显示使用了哪个索引
            一般就是在你的where语句中出现了between、<、>、in等的查询
            这种范围扫描索引扫描比全表扫描要好，因为它只需要开始于索引的某一点，而结束语另一点，不用扫描全部索引。  ​​
6. index — — Full Index Scan，index与ALL区别为index类型只遍历索引树。这通常比ALL快，因为索引文件通常比数据文件小。
   （也就是说虽然all和Index都是读全表，但index是从索引中读取的，而all是从硬盘中读的）​
7. all — — Full Table Scan，将遍历全表以找到匹配的行​

        备注：一般来说，得保证查询至少达到range级别，最好能达到ref。

4.5 possible_keys 字段

作用：显示可能应用在这张表中的索引，一个或多个。
查询涉及到的字段上若存在索引，则该索引将被列出，但不一定被查询实际使用

4.6 key 字段

含义：实际使用的索引。如果为NULL，则没有使用索引

查询中若使用了覆盖索引，则该索引和查询的select字段重叠

​

​

4.7 key_len 字段

（1）含义：表示索引中使用的字节数，可通过该列计算查询中使用的索引的长度。在不损失精确性的情况下，长度越短越好

（2）key_len显示的值为索引字段的最大可能长度，并非实际使用长度，即key_len是根据表定义计算而得，不是通过表内检索出的

（3）难点：它是如何计算的？

   变长字段需要额外的2个字节（VARCHAR值保存时只保存需要的字符数，另加一个字节来记录长度(如果列声明的长度超过255，则使用两个字节)，所以VARCAHR索引长度计算时候要加2），固定长度字段不需要额外的字节。
 
而NULL都需要1个字节的额外空间,所以索引字段最好不要为NULL，因为NULL让统计更加复杂并且需要额外的存储空间。
 
所以，复合索引有最左前缀的特性，如果复合索引能全部使用上，则是复合索引字段的索引长度之和，这也可以用来判定复合索引是否部分使用，还是全部使用。

4.8 ref 字段

含义：显示索引的哪一列被使用了，如果可能的话，是一个常数。哪些列或常量被用于查找索引列上的值

​

由key_len可知t1表的idx_col1_col2被充分使用，col1匹配t2表的col1，col2匹配了一个常量，即 'ac'

查询中与其它表关联的字段，外键关系建立索引

4.9 rows 字段

含义：根据表统计信息及索引选用情况，大致估算出找到所需的记录所需要读取的行数

  ​

4.10 Extra 字段

含义：包含不适合在其他列中显示但十分重要的额外信息

1. Using filesort — — 说明mysql会对数据使用一个外部的索引排序，而不是按照表内的索引顺序进行读取。
                                  MySQL中无法利用索引完成的排序操作称为“文件排序”​                                                                                                     查询中排序的字段，排序字段若通过索引去访问将大大提高排序速度​
2. Using temporary — — 使了用临时表保存中间结果,MySQL在对查询结果排序时使用临时表。常见于排序 order by 和分组查询 group by。                                                                                         ​                       ​
3. USING index — — 表示相应的select操作中使用了覆盖索引(Covering Index)，避免访问了表的数据行，效率不错！
                                  如果同时出现using where，表明索引被用来执行索引键值的查找;
                                  如果没有同时出现using where，表明索引用来读取数据而非执行查找动作。​                                                        如果同时出现using where，表明索引被用来执行索引键值的查找;​                                                        如果没有同时出现using where，表明索引用来读取数据而非执行查找动作。                                                                      
   覆盖索引（Covering Index）,一说为索引覆盖。
   理解方式一:就是select的数据列只用从索引中就能够取得，不必读取数据行，MySQL可以利用索引返回select列表中的字段，而不必根据索引再次读取数据文件,换句话说查询列要被所建的索引覆盖。
    
   理解方式二:索引是高效找到行的一个方法，但是一般数据库也能使用索引找到一个列的数据，因此它不必读取整个行。毕竟索引叶子节点存储了它们索引的数据;当能通过读取索引就可以得到想要的数据，那就不需要读取行了。一个索引包含了(或覆盖了)满足查询结果的数据就叫做覆盖索引。
     
   注意：
   如果要使用覆盖索引，一定要注意select列表中只取出需要的列，不可select *，
   因为如果将所有字段一起做索引会导致索引文件过大，查询性能下降。
4. Using where — — 表明使用了where过滤
5. using join buffer — — 使用了连接缓存：
6. impossible where — — where子句的值总是false，不能用来获取任何元组​

5、Case

​

第一行（执行顺序4）：id列为1，表示是union里的第一个select，select_type列的primary表 示该查询为外层查询，table列被标记为<derived3>，表示查询结果来自一个衍生表，其中derived3中3代表该查询衍生自第三个select查询，即id为3的select。【select d1.name......】
第二行（执行顺序2）：id为3，是整个查询中第三个select的一部分。因查询包含在from中，所以为derived。

【select id,name from t1 where other_column=''】
第三行（执行顺序3）：select列表中的子查询select_type为subquery，为整个查询中的第二个select。

【select id from t3】
第四行（执行顺序1）：select_type为union，说明第四个select是union里的第二个select，最先执行

【select name,id from t2】
第五行（执行顺序5）：代表从union的临时表中读取行的阶段，table列的<union1,4>表示用第一个和第四个select的结果进行union操作。

【两个结果union操作】

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四、索引失效

1、建表SQL

CREATE TABLE staffs (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  NAME VARCHAR (24) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '姓名',
  age INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '年龄',
  pos VARCHAR (20) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '职位',
  add_time TIMESTAMP NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '入职时间'
) CHARSET utf8 COMMENT '员工记录表' ;
 
 
INSERT INTO staffs(NAME,age,pos,add_time) VALUES('z3',22,'manager',NOW());
INSERT INTO staffs(NAME,age,pos,add_time) VALUES('July',23,'dev',NOW());
INSERT INTO staffs(NAME,age,pos,add_time) VALUES('2000',24,'dev',NOW());
INSERT INTO staffs(NAME,age,pos,add_time) VALUES('2000',25,'dev',NOW());
 
SELECT * FROM staffs;
 
ALTER TABLE staffs ADD INDEX idx_staffs_nameAgePos(name, age, pos);

2、案例(索引失效)

1. 全值匹配我最爱                                            ​
2. 最佳左前缀法则   — — 如果索引了多列，要遵守最左前缀法则。指的是查询从索引的最左前列开始并且不跳过索引中的列​
3. 不在索引列上做任何操作（计算、函数、(自动or手动)类型转换），会导致索引失效而转向全表扫描​
4. 存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列​
5. 尽量使用覆盖索引(只访问索引的查询(索引列和查询列一致))，减少select *​
6. mysql 在使用不等于(!= 或者<>)的时候有时候无法使用索引会导致全表扫描​
7. 注意null/not null对索引的可能影响

   建议新建一个库，试试测试脚本​​

   CREATE TABLE staffs (
     id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
     NAME VARCHAR (24) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '',
     age INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '',
     pos VARCHAR (20) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '',
     add_time TIMESTAMP NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT ''
   ) CHARSET utf8 COMMENT '' ;
   INSERT INTO staffs(NAME,age,pos,add_time) VALUES('z3',22,'manager',NOW());
   ALTER TABLE staffs ADD INDEX idx_staffs_nameAgePos(NAME, age, pos);
   ALTER TABLE staffs ADD INDEX idx_staffs_name(NAME);
   EXPLAIN SELECT * FROM staffs WHERE NAME IS NULL;
   EXPLAIN SELECT * FROM staffs WHERE NAME IS NOT NULL;

   

8. like以通配符开头('%abc...')mysql索引失效会变成全表扫描的操作​

9. 字符串不加单引号索引失效

   ​

10. 少用or,用它来连接时会索引失效​

    ​

    【优化口诀】
     
     全职匹配我最爱，最左前缀要遵守；
     带头大哥不能死，中间兄弟不能断；
     索引列上少计算，范围之后全失效；
     LIKE百分写最右，覆盖索引不写*；
     不等空值还有OR，索引影响要注意；
     VAR引号不可丢， SQL优化有诀窍。