MySQL · 答疑解惑 · MySQL 优化器 range 的代价计算

本文我们从一个索引选择的问题出发，来研究一下 MySQL 中 range 代价的计算过程，进而分析这种计算过程中存在的问题。

第一种情况：situation_unique_key_id

mysql show create table cpa_order\G

*************************** 1. row ***************************

 Table: cpa_order

Create Table: CREATE TABLE `cpa_order` (

 `cpa_order_id` bigint(20) unsigned NOT NULL,

 `settle_date` date DEFAULT NULL COMMENT,

 `id` bigint(20) NOT NULL,

 PRIMARY KEY (`cpa_order_id`),

 UNIQUE KEY `id` (`id`),

 KEY `cpao_settle_date_id` (`settle_date`,`id`),

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=gbk

1 row in set (0.00 sec)

mysql explain select * from cpa_order where settle_date=2015-11-05 and id 15 \G

*************************** 1. row ***************************

 id: 1

 select_type: SIMPLE

 table: cpa_order

 type: ref

possible_keys: id,cpao_settle_date_id

 key: cpao_settle_date_id

 key_len: 4

 ref: const

 rows: 7

 Extra: Using index condition

1 row in set (0.00 sec)

SQL 语句执行过程可以看出，当 id 为 unique key 的时候，key_len= 4, 不难发现联合索引只使用了字段 cpao_settle_date_id ，而 id 并没有使用；

第二种情况：situation_without_key_id

mysql alter table cpa_order drop index id;

Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0

mysql explain select * from cpa_order where settle_date=2015-11-05 and id 15 \G （我们称之为 situation_without_key_id）

*************************** 1. row ***************************

 id: 1

 select_type: SIMPLE

 table: cpa_order

 type: range

possible_keys: cpao_settle_date_id

 key: cpao_settle_date_id

 key_len: 12

 ref: NULL

 rows: 3

 Extra: Using index condition

1 row in set (0.00 sec)

第三种情况: situation_plain_key_id

mysql explain select * from cpa_order where settle_date=2015-11-05 and id 15 \G （我们称之为 situation_plain_key_id）

*************************** 1. row ***************************

 id: 1

 select_type: SIMPLE

 table: cpa_order

 type: range

possible_keys: cpao_settle_date_id,id

 key: cpao_settle_date_id

 key_len: 12

 ref: NULL

 rows: 3

 Extra: Using index condition

1 row in set (0.01 sec)

以上的两个 SQL 语句在使用索引 cpao_settle_date_id 的时候两个字段都使用到了，因此过滤性应该更好，我们将上面的3种情况分别称之为 situation_unique_key_id，situation_without_key_id，situation_plain_key_id，以方便我们分析问题。

为什么在 id 为 unique 的时候联合索引只使用了其中的一个字段而没有字段 id ?

MySQL 有一个很好的东东叫 optimizer trace，它提供了 MySQL 执行计划生成的各个阶段的详细信息，其中索引部分的分析更是详细，但是由于 optimizer trace 的东西比较多，我们在分析的时候只将本文相关的内容进行展开，optimizer trace 的详细使用。

打开并使用 optimizer_trace 功能，观察situation_unique_key_id 的代价生成过程的：

mysql set optimizer_trace="enabled=on";

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql select * from cpa_order where settle_date=2015-11-05 and id 15 \G

3 rows in set (0.00 sec)

mysql select * from information_schema.OPTIMIZER_TRACE\G

在 range 代价计算后，优化器会选择一个代价较小的 index 生成一个 read_plan 缓存起来，根据下面的代价计算过程可以看到，索引在代价计算过程中虽然是相等的，但先入为主，选择的其实是 id 这个索引。

range 部分的代价计算过程：

"range_scan_alternatives": [

 "index": "id",

 "ranges": [

 "15 id"

 "index_dives_for_eq_ranges": true,

 "rowid_ordered": false,

 "using_mrr": false,

 "index_only": false,

 "rows": 3,

 "cost": 4.61,

 "chosen": true

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "ranges": [

 "2015-11-05 = settle_date = 2015-11-05 AND 15 id"

 "index_dives_for_eq_ranges": true,

 "rowid_ordered": false,

 "using_mrr": false,

 "index_only": false,

 "rows": 3,

 "cost": 4.61,

 "chosen": false,

 "cause": "cost"

表的索引选择过程，主要是 ref range 的索引方式的选择：

"considered_execution_plans": [

 "plan_prefix": [

 "table": "`cpa_order`",

 "best_access_path": {

 "considered_access_paths": [

 "access_type": "ref",

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "rows": 7,

 "cost": 3.4,

 "chosen": true

 "access_type": "range",

 "rows": 3,

 "cost": 5.21,

 "chosen": false

 "cost_for_plan": 3.4,

 "rows_for_plan": 7,

 "chosen": true

可以看到优化器在比较 ref range 的代价的时候，ref 的代价更小，所以选择的是ref，到这里我们觉得选择 ref 是“合理”的，但是当我们想到联合索引的作用时，我们应该觉得这是“不正常的”，至少这不应该是最终的索引选择方式。

观察 situation_without_key_id 的代价及生成过程，其 optimizer_trace 如下：

range 部分的代价计算过程：

 "analyzing_range_alternatives": {

 "range_scan_alternatives": [

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "ranges": [

 "2015-11-05 = settle_date = 2015-11-05 AND 15 id"

 "index_dives_for_eq_ranges": true,

 "rowid_ordered": false,

 "using_mrr": false,

 "index_only": false,

 "rows": 3,

 "cost": 4.61,

 "chosen": true

 "analyzing_roworder_intersect": {

 "usable": false,

 "cause": "too_few_roworder_scans"

表的索引选择过程：

 "considered_execution_plans": [

 "plan_prefix": [

 "table": "`cpa_order`",

 "best_access_path": {

 "considered_access_paths": [

 "access_type": "ref",

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "rows": 7,

 "cost": 3.4,

 "chosen": true

 "access_type": "range",

 "rows": 3,

 "cost": 5.21,

 "chosen": false

 "cost_for_plan": 3.4,

 "rows_for_plan": 7,

 "chosen": true

可以看到，由于 where 条件中只有 cpao_settle_date_id id 部分，索引选择的仍是ref, 其代价的计算结果与 situation_unique_key_id 中的代价是一致的，但是在 optimizer_trace 后面发现了如下的优化：

"attaching_conditions_to_tables": {

 "original_condition": "((`cpa_order`.`settle_date` = 2015-11-05) and (`cpa_order`.`id` 15))",

 "attached_conditions_computation": [

 "access_type_changed": {

 "table": "`cpa_order`",

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "old_type": "ref",

 "new_type": "range",

 "cause": "uses_more_keyparts"

这里我们不难看出，在计算的结尾处优化器做了个优化，就是把 id 字段也考虑了进来，我们根据 attached_conditions_computation 的提示找到了如下代码:

 if (tab- type == JT_REF // 1)

 !tab- ref.depend_map // 2)

 tab- quick // 3)

 (uint) tab- ref.key == tab- quick- index // 4)

 tab- ref.key_length tab- quick- max_used_key_length) // 5)

 tab- type=JT_ALL;

 use_quick_range=1;

 tab- use_quick=QS_RANGE;

 tab- ref.key= -1;

 tab- ref.key_parts=0;

结合注释，我们可以这样理解：

ref 与 range 使用的是相同的索引； 当前 table 选择的索引采用的是ref； ref key 的使用的长度小于 range 的长度，则优先使用 range。

因此，在 situation_without_key_id 时，三个条件都满足，所以使用了 range 中的联合索引，那为什么 situation_unique_key_id 没有使用 id 呢，原因是在range 的代价计算过程中使用的是 id 这个索引，导致 unique id 这个索引与联合索引 cpao_settle_date_id 并不是同样的索引，不满足第一个条件，因此不进行优化。

有了上面的分析，我们观察 situation_plain_key_id 的代价及生成过程，situation_plain_key_id 在 range 的代价计算过程中选择的是 cpao_settle_date_id 索引，计算过程是将后者的计算结果与前者进行比较，因此即使相等，也是先入为主，其optimizer_trace如下：

range 部分的代价计算过程：

 "range_scan_alternatives": [

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "ranges": [

 "2015-11-05 = settle_date = 2015-11-05 AND 15 id"

 "index_dives_for_eq_ranges": true,

 "rowid_ordered": false,

 "using_mrr": false,

 "index_only": false,

 "rows": 3,

 "cost": 4.61,

 "chosen": true

 "index": "id",

 "ranges": [

 "15 id"

 "index_dives_for_eq_ranges": true,

 "rowid_ordered": false,

 "using_mrr": false,

 "index_only": false,

 "rows": 3,

 "cost": 4.61,

 "chosen": false,

 "cause": "cost"

表的索引选择过程：

 "considered_execution_plans": [

 "plan_prefix": [

 "table": "`cpa_order`",

 "best_access_path": {

 "considered_access_paths": [

 "access_type": "ref",

 "index": "cpao_settle_date_id",

 "rows": 7,

 "cost": 3.4,

 "chosen": true

 "access_type": "range",

 "rows": 3,

 "cost": 5.21,

 "chosen": false

 "cost_for_plan": 3.4,

 "rows_for_plan": 7,

 "chosen": true

结合上面的分析我们发现，ref range 选择都是索引 cpao_settle_date_id，因此在最后的选择阶段也会进行索引的优化，与开头的问题表现相符。

range 代价计算过程

优化器在索引选择的过程中会将where 条件、join 条件等信息进行收集，对于非等值的索引会放到 possible keys 中，进行 range 部分的代价计算，对于等值相关字段的索引会进行 ref 部分的代价计算，如果是单表，其主要过程如下：

调用 get_key_scans_params 从已知的索引中选择一个代价最小的 read_plan，利用 read_plan 生成一个读表的计划，缓存至 tab- quick 中；

在 best_access_path 中计算: 全表的代价 如果有覆盖索引则计算覆盖索引的代价 如果有quick，则利用一些校验值计算上一步产生的 range 的代价

然后取其中最小的值用做当前表的代价；

在 make_join_select 中对已经生成的执行计划进行较正，如 situation_plain_key_id 的优化部分。

多表的计算过程更为复杂，不在此描述。

为什么在 id 为 unique 的时候联合索引只使用了其中的一个字段而没有字段 id ?

由于 situation_unique_key_id 中在计算 range 的过程中使用的是索引 id 而不是 cpao_settle_date_id，因此不符合最后优化的条件，因此只使用了 cpao_settle_date_id 的前一部分而没有使用 id，这是优化器在实现过程中的问题。

range 代价计算过程可能引起的问题

我们已经了解了 range 代价计算的过程，可以发现可能会有以下问题：

当多个索引得到的代价是相同的，由于先入为主，只能缓存第一个，所以会有索引出错的问题； 每一次计算 range 的代价都会将缓存清空，如 order by limit 操作，这样有可能将之前的索引清空且走错索引，详情见 bug#78993。

当执行计划出错的时候，我们可以有效的利用 optimizer_trace 来进行初步的分析，大部分还是有解的。另外由于执行计划的内容比较多，从本篇起，小编会尽量将优化器相关的东西给大家介绍一下，主要包括 optimizer_swith 的选项、含义、作用、以及在内核中是如何实现的，达到一起学习的目的。

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