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Mysql查询优化器浅析(上)

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1 定义

   Mysql查询优化器的工作是为查询语句选择合适的执行路径。查询优化器的代码一般是经常变动的,这和存储引擎不太一样。因此,需要理解最新版本的查询优化器是如何组织的,请参考相应的源代码。整体而言,优化器有很多相同性,对mysql一个版本的优化器做到整体掌握,理解起mysql新版本以及其他数据库的优化器都是类似的。

  优化器会对查询语句进行转化,转化等价的查询语句。举个例子,优化器会将下面语句进行转化:

以下是代码片段:
SELECT … WHERE 5=a;

转化后的等价语句为:

以下是代码片段:
SELECT … WHERE a=5;

因为这两个语句的结果集是一致的,所以这两个语句是等价的。

这里我需要提出一点需要注意的,如果查询语句没带order by。查询语句1出现的结果为(1,1),(2,2),查询语句2出现的结果为(2,2),(1,1),我们会认为这是等价的,因为不带order by的查询语句是无序的,怎么排序都行。

2 代码组织

 在内核当中handle_select()函数是处理查询语句的顶层函数,里面有两个分支,一个是处理带union的情况,另外一个是处理不带union的情况,这里我们只是列出一个简单的路径便于说明,调用层次见下图。

以下是代码片段:

handle_select()

   mysql_select()

     JOIN::prepare()

       setup_fields()

     JOIN::optimize()            /* optimizer is from here ... */

       optimize_cond()

       opt_sum_query()

       make_join_statistics()

         get_quick_record_count()

         choose_plan()

           /* Find the best way to access tables */

           /* as specified by the user.          */

           optimize_straight_join()

             best_access_path()

           /* Find a (sub-)optimal plan among all or subset */

           /* of all possible query plans where the user    */

           /* controlls the exhaustiveness of the search.   */

           greedy_search()

             best_extension_by_limited_search()

               best_access_path()

           /* Perform an exhaustive search for an optimal plan */

           find_best()

       make_join_select()        /* ... to here */

     JOIN::exec()

 上面的缩进表示函数的相互调用关系,因此可以看出handle_select()调用函数mysql_select(),mysql_select()调用JOIN::prepare(),等等。

   mysql_select()首先调用函数JOIN::prepare()进行语句分析、元数据设置、子查询转化等等。然后调用函数JOIN::optimize()进行优化,选出最后的执行计划。最后调用函数JOIN::exec()执行该执行计划。

   尽管出现了单词“JOIN”,这些优化函数是为所有的查询语句服务的,不管你是什么查询类型。

   函数optimize_cond()和函数opt_sum_query()是执行一些转化操作。函数make_join_statistics()对所有可用索引统计信息进行分析。

3 常量转化

 对类似下面的表达式可以进行转化:

以下是代码片段:
WHERE column1 = column2 AND column2 = ’x’;

 因为我们知道:如果A=B and B=C,那么A=C。所以上面的表达式可以转化为:

以下是代码片段:
WHERE column1 = ’x’  AND column2 = ’x’;

 对于column1 <operator> column2,只要<operator>是属于下面的操作符之一就可以进行类似的转化:

以下是引用片段:
=,<,>,<=,>=,<>,<=>,LIKE

 从中我们也可以看出,对于BETWEEN的情况是不进行转换的。

4 无效代码的排除

 见如下表达式:

以下是代码片段:
WHERE 0=0 AND column1=’y’

 因为第一个条件是始终为true的,所以可以移除该条件,变为:

以下是代码片段:
WHERE column1=’y’

 再见如下表达式:

以下是代码片段:
WHERE (0=1 AND s1=5) OR s1=7

 因为前一个括号内的表达式始终为false,因此可以移除该表达式,变为:

以下是代码片段:
WHERE s1=7

 一些情况下甚至可以将整个WHERE子句去掉,见下面的表达式:

以下是代码片段:
WHERE (0=1 AND s1=5)

 我们可以看到,WHERE子句始终为FALASE,那么WHERE条件是不可能发生的。当然我们也可以讲,WHERE条件被优化掉了。

  如果一个列的定义是不允许为NULL,那么:

以下是代码片段:
WHERE not_null_column IS NULL

 该条件是始终为false的,再看:

以下是代码片段:
WHERE not_null_column IS NOT NULL

 该条件是始终为true的,因此这样的表达式也是可以从条件表达式中删除的。

 当然,也是有特殊情况的,比如在out join中,被定义为NOT NULL的列也可能包含NULL值。在这种情况下,IS NULL条件是被保留的。

 当然优化器没有对所有的情况进行检测,因为这实在太复杂了。举个例子:

以下是代码片段:
CREATE TABLE Table1(column1 CHAR(1));

SELECT * FROM Table1 WHERE column1 = ’Canada’;

 尽管该条件是无效条件,优化器也不会将它移除。

5 常量计算

 如下表达式:

以下是代码片段:
WHERE columb1 = 1 + 2

 转化为:

以下是代码片段:
WHERE columb1 = 3

6 常量以及常量表

 常量表的定义如下:

1)        一个表只有0行或者1行数据。

2)        在WHERE子句中包含条件column = constant,并且这些列是primary key,或者这些列是UNIQUE(假设该UNIQUE同时被定义为NOT NULL)。这样生成的查询结果也可以成为常量表。

 如果表Table0定义中包含:

以下是代码片段:
… PRIMARY KEY(column1,column2)

  再看下面的语法:

以下是代码片段:
FROM Table0 … WHERE column1=5 AND column2=7 …

 那么该语句返回的就是常量表。

 举个更简单的情况,建设Table1定义中包含:

以下是代码片段:
… unique_not_null_column INT NOT NULL UNIQUE 

 再看下面的语法:

以下是代码片段:
FROM Table1 ... WHERE unique_not_null_column=5

 该语句返回的也是常量表。

 从例子中我们可以看出常量表最多只有1个行值。MySQL会预先评估常量表,找出这个值,然后将这个值引入到查询语句中进行优化,举例如下:

以下是代码片段:
SELECT Table1.unique_not_null_column, Table2.any_column
    FROM Table1, Table2
    WHERE Table1.unique_not_null_column = Table2.any_column
    AND Table1.unique_not_null_column = 5;

 在评估这个查询语句时,MySQL首先发现通过Table1.unique_not_null_column条件的限制,Table1会变成一个常量表。然后,取回该值。

 如果取回操作失败(Table1中没有行满足条件unique_not_null_column = 5),那么该常量表就包含0行,那么如果对该语句执行EXPLAIN操作,会得到提示信息:

以下是引用片段:
Impossible WHERE noticed after reading const tables

 另外一种情况是取回操作成功(Table1中严格只有一行满足条件unique_not_null_column = 5),那么常量表中包含一条数据,并且MySQL会将查询语句转化为:

以下是代码片段:

SELECT 5, Table2.any_column

    FROM Table1, Table2

    WHERE 5 = Table2.any_column

    AND 5 = 5;

 实际上,这个例子是个复杂的例子,这里面也用到了上文所说的常量转化。

建议继续学习:

  1. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之单表查询    (阅读:2486)
  2. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之单表unique查询    (阅读:2108)
  3. Mysql查询优化器浅析(下)    (阅读:2096)
  4. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之多表简单JOIN查询    (阅读:2028)
  5. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析    (阅读:1982)
  6. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之optimizer_search_depth参数    (阅读:1911)
  7. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之附录    (阅读:1860)
  8. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之统计信息    (阅读:1658)
  9. MySQL数据库InnoDB存储引擎查询优化器实现的分析之best_access_path函数分析    (阅读:1555)
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