在你开发应用的时候,一定会经常碰到需要根据指定的字段排序来显示结果的需求。还是以我们前面举例用过的市民表为例,假设你要查询城市是“杭州”的所有人名字,并且按照姓名排序返回前1000个人的姓名、年龄。
假设这个表的部分定义是这样的:
CREATE TABLE `t` (
`id` int(11) NOT NULL,
`city` varchar(16) NOT NULL,
`name` varchar(16) NOT NULL,
`age` int(11) NOT NULL,
`addr` varchar(128) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `city` (`city`)
) ENGINE=InnoDB;
这时,你的SQL语句可以这么写:
select city,name,age from t where city='杭州' order by name limit 1000 ;
这个语句看上去逻辑很清晰,但是你了解它的执行流程吗?今天,我就和你聊聊这个语句是怎么执行的,以及有什么参数会影响执行的行为。
全字段排序
前面我们介绍过索引,所以你现在就很清楚了,为避免全表扫描,我们需要在city字段加上索引。
在city字段上创建索引之后,我们用explain命令来看看这个语句的执行情况。
图1 使用explain命令查看语句的执行情况
Extra这个字段中的“Using filesort”表示的就是需要排序,MySQL会给每个线程分配一块内存用于排序,称为sort_buffer。
为了说明这个SQL查询语句的执行过程,我们先来看一下city这个索引的示意图。
图2 city字段的索引示意图
从图中可以看到,满足city='杭州’条件的行,是从ID_X到ID_(X+N)的这些记录。
通常情况下,这个语句执行流程如下所示 :
- 初始化sort_buffer,确定放入name、city、age这三个字段;
- 从索引city找到第一个满足city='杭州’条件的主键id,也就是图中的ID_X;
- 到主键id索引取出整行,取name、city、age三个字段的值,存入sort_buffer中;
- 从索引city取下一个记录的主键id;
- 重复步骤3、4直到city的值不满足查询条件为止,对应的主键id也就是图中的ID_Y;
- 对sort_buffer中的数据按照字段name做快速排序;
- 按照排序结果取前1000行返回给客户端。
我们暂且把这个排序过程,称为全字段排序,执行流程的示意图如下所示,下一篇文章中我们还会用到这个排序。
图3 全字段排序
图中“按name排序”这个动作,可能在内存中完成,也可能需要使用外部排序,这取决于排序所需的内存和参数sort_buffer_size。
sort_buffer_size,就是MySQL为排序开辟的内存(sort_buffer)的大小。如果要排序的数据量小于sort_buffer_size,排序就在内存中完成。但如果排序数据量太大,内存放不下,则不得不利用磁盘临时文件辅助排序。
你可以用下面介绍的方法,来确定一个排序语句是否使用了临时文件。
/* 打开optimizer_trace,只对本线程有效 */
SET optimizer_trace='enabled=on';
/* @a保存Innodb_rows_read的初始值 */
select VARIABLE_VALUE into @a from performance_schema.session_status where variable_name = 'Innodb_rows_read';
/* 执行语句 */
select city, name,age from t where city='杭州' order by name limit 1000;
/* 查看 OPTIMIZER_TRACE 输出 */
SELECT * FROM `information_schema`.`OPTIMIZER_TRACE`\G
/* @b保存Innodb_rows_read的当前值 */
select VARIABLE_VALUE into @b from performance_schema.session_status where variable_name = 'Innodb_rows_read';
/* 计算Innodb_rows_read差值 */
select @b-@a;
这个方法是通过查看 OPTIMIZER_TRACE 的结果来确认的,你可以从 number_of_tmp_files中看到是否使用了临时文件。
图4 全排序的OPTIMIZER_TRACE部分结果
number_of_tmp_files表示的是,排序过程中使用的临时文件数。你一定奇怪,为什么需要12个文件?内存放不下时,就需要使用外部排序,外部排序一般使用归并排序算法。可以这么简单理解,MySQL将需要排序的数据分成12份,每一份单独排序后存在这些临时文件中。然后把这12个有序文件再合并成一个有序的大文件。
如果sort_buffer_size超过了需要排序的数据量的大小,number_of_tmp_files就是0,表示排序可以直接在内存中完成。
否则就需要放在临时文件中排序。sort_buffer_size越小,需要分成的份数越多,number_of_tmp_files的值就越大。
接下来,我再和你解释一下图4中其他两个值的意思。
我们的示例表中有4000条满足city='杭州’的记录,所以你可以看到 examined_rows=4000,表示参与排序的行数是4000行。
sort_mode 里面的packed_additional_fields的意思是,排序过程对字符串做了“紧凑”处理。即使name字段的定义是varchar(16),在排序过程中还是要按照实际长度来分配空间的。
同时,最后一个查询语句select @b-@a 的返回结果是4000,表示整个执行过程只扫描了4000行。
这里需要注意的是,为了避免对结论造成干扰,我把internal_tmp_disk_storage_engine设置成MyISAM。否则,select @b-@a的结果会显示为4001。
这是因为查询OPTIMIZER_TRACE这个表时,需要用到临时表,而internal_tmp_disk_storage_engine的默认值是InnoDB。如果使用的是InnoDB引擎的话,把数据从临时表取出来的时候,会让Innodb_rows_read的值加1。
rowid排序
在上面这个算法过程里面,只对原表的数据读了一遍,剩下的操作都是在sort_buffer和临时文件中执行的。但这个算法有一个问题,就是如果查询要返回的字段很多的话,那么sort_buffer里面要放的字段数太多,这样内存里能够同时放下的行数很少,要分成很多个临时文件,排序的性能会很差。
所以如果单行很大,这个方法效率不够好。
那么,如果MySQL认为排序的单行长度太大会怎么做呢?
接下来,我来修改一个参数,让MySQL采用另外一种算法。
SET max_length_for_sort_data = 16;
max_length_for_sort_data,是MySQL中专门控制用于排序的行数据的长度的一个参数。它的意思是,如果单行的长度超过这个值,MySQL就认为单行太大,要换一个算法。
city、name、age 这三个字段的定义总长度是36,我把max_length_for_sort_data设置为16,我们再来看看计算过程有什么改变。
新的算法放入sort_buffer的字段,只有要排序的列(即name字段)和主键id。
但这时,排序的结果就因为少了city和age字段的值,不能直接返回了,整个执行流程就变成如下所示的样子:
- 初始化sort_buffer,确定放入两个字段,即name和id;
- 从索引city找到第一个满足city='杭州’条件的主键id,也就是图中的ID_X;
- 到主键id索引取出整行,取name、id这两个字段,存入sort_buffer中;
- 从索引city取下一个记录的主键id;
- 重复步骤3、4直到不满足city='杭州’条件为止,也就是图中的ID_Y;