让SQL起飞（优化）

Posted on by hackdl

最近博主看完了《SQL进阶教程》这本书，看完后给博主打开了SQL世界的新大门，对于 SQL 的理解不在局限于以前的常规用法。借用其他读者的评论，

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读完醍醐灌顶，对SQL做到了知其然更能知其所以然。全书从头到尾强调了 SQL的内在逻辑是基于集合论和谓词逻辑，而着两条主线恰恰在使用SQL起到了至关重要的指导作用。

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本文给大家总结如何让SQL起飞（优化）

一、SQL写法优化

在SQL中，很多时候不同的SQL代码能够得出相同结果。从理论上来说，我们认为得到相同结果的不同SQL之间应该有相同的性能，但遗憾的是，查询优化器生成的执行计划很大程度上受到SQL代码影响，有快有慢。因此如果想优化查询性能，我们必须知道如何写出更快的SQL，才能使优化器的执行效率更高。

1.1 子查询用EXISTS代替IN

当IN的参数是子查询时，数据库首先会执行子查询，然后将结果存储在一张临时的工作表里（内联视图），然后扫描整个视图。很多情况下这种做法都非常耗费资源。使用EXISTS的话，数据库不会生成临时的工作表。但是从代码的可读性上来看，IN要比EXISTS好。使用IN时的代码看起来更加一目了然，易于理解。因此，如果确信使用IN也能快速获取结果，就没有必要非得改成EXISTS了。

这里用Class_A表和Class_B举例， 我们试着从Class_A表中查出同时存在于Class_B表中的员工。下面两条SQL语句返回的结果是一样的，但是使用EXISTS的SQL语句更快一些。

--慢
SELECT *
  FROM Class_A
 WHERE id IN (SELECT id
                FROM Class_B);

--快
SELECT *
  FROM Class_A  A
 WHERE EXISTS
        (SELECT *
          FROM Class_B  B
          WHERE A.id = B.id);

使用EXISTS时更快的原因有以下两个。

  1. 如果连接列（id）上建立了索引，那么查询 tb_b 时不用查实际的表，只需查索引就可以了。（同样的IN也可以使用索引，这不是重要原因）
  2. 「如果使用EXISTS，那么只要查到一行数据满足条件就会终止查询，不用像使用IN时一样扫描全表」。在这一点上NOT EXISTS也一样。

实际上，大部分情况在子查询数量较小的场景下EXISTS和IN的查询性能不相上下，由EXISTS查询更快第二点可知，子查询数量较大时使用EXISTS才会有明显优势。

1.2 避免排序并添加索引

在SQL语言中，除了ORDER BY子句会进行显示排序外，还有很多操作默认也会在暗中进行排序，如果排序字段没有添加索引，会导致查询性能很慢。SQL中会进行排序的代表性的运算有下面这些。

  • GROUP BY子句
  • ORDER BY子句
  • 聚合函数（SUM、COUNT、AVG、MAX、MIN）
  • DISTINCT
  • 集合运算符（UNION、INTERSECT、EXCEPT）
  • 窗口函数（RANK、ROW_NUMBER等）

如上列出的六种运算（除了集合运算符），它们后面跟随或者指定的字段都可以添加索引，这样可以加快排序。

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「实际上在DISTINCT关键字、GROUP BY子句、ORDER BY子句、聚合函数跟随的字段都添加索引，不仅能加速查询，还能加速排序。」

❞

1.3 用EXISTS代替DISTINCT

为了排除重复数据，我们可能会使用DISTINCT关键字。如1.2中所说，默认情况下，它也会进行暗中排序。如果需要对两张表的连接结果进行去重，可以考虑使用EXISTS代替DISTINCT，以避免排序。这里用Items表和SalesHistory表举例： 我们思考一下如何从上面的商品表Items中找出同时存在于销售记录表SalesHistory中的商品。简而言之，就是找出有销售记录的商品。

在一（Items）对多（SalesHistory）的场景下，我们需要对item_no去重，使用DISTINCT去重，因此SQL如下：

SELECT DISTINCT I.item_no
  FROM Items I INNER JOIN SalesHistory SH
    ON I. item_no = SH. item_no;

item_no
-------
    10
    20
    30

使用EXISTS代替DISTINCT去重，SQL如下：

SELECT item_no
  FROM Items I
 WHERE EXISTS
          (SELECT ＊
              FROM SalesHistory SH
            WHERE I.item_no = SH.item_no);
item_no
-------
    10
    20
    30

这条语句在执行过程中不会进行排序。而且使用EXISTS和使用连接一样高效。

1.4 集合运算ALL可选项

SQL中有UNION、INTERSECT、EXCEPT三个集合运算符。在默认的使用方式下，这些运算符会为了排除掉重复数据而进行排序。

❝

MySQL还没有实现INTERSECT和EXCEPT运算

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如果不在乎结果中是否有重复数据，或者事先知道不会有重复数据，请使用UNION ALL代替UNION。这样就不会进行排序了。

1.5 WHERE条件不要写在HAVING字句

例如，这里继续用SalesHistory表举例，下面两条SQL语句返回的结果是一样的：

--聚合后使用HAVING子句过滤
SELECT sale_date, SUM(quantity)
  FROM SalesHistory
 GROUP BY sale_date
HAVING sale_date = '2007-10-01';

--聚合前使用WHERE子句过滤
SELECT sale_date, SUM(quantity)
  FROM SalesHistory
 WHERE sale_date = '2007-10-01'
 GROUP BY sale_date;

但是从性能上来看，第二条语句写法效率更高。原因有两个：

  1. 使用GROUP BY子句聚合时会进行排序，如果事先通过WHERE子句筛选出一部分行，就能够减轻排序的负担。
  2. 在WHERE子句的条件里可以使用索引。HAVING子句是针对聚合后生成的视图进行筛选的，但是很多时候聚合后的视图都没有继承原表的索引结构。

二、真的用到索引了吗

2.1 隐式的类型转换

如下，col_1字段是char类型：

SELECT * FROM SomeTable WHERE col_1 = 10; -- 走了索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_1 ='10'; -- 没走索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_1 = CAST(10, AS CHAR(2)); -- 走了索引

当查询条件左边和右边类型不一致时会导致索引失效。

2.2 在索引字段上进行运算

如下：

SELECT *
  FROM SomeTable
 WHERE col_1 * 1.1 > 100;

在索引字段col_1上进行运算会导致索引不生效，把运算的表达式放到查询条件的右侧，就能用到索引了，像下面这样写就OK了。

WHERE col_1 > 100 / 1.1

如果无法避免在左侧进行运算，那么使用函数索引也是一种办法，但是不太推荐随意这么做。「使用索引时，条件表达式的左侧应该是原始字段请牢记」，这一点是在优化索引时首要关注的地方。

2.3 使用否定形式

下面这几种否定形式不能用到索引。

  • !=
  • NOT

这个是跟具体数据库的优化器有关，如果优化器觉得即使走了索引，还是需要扫描很多很多行的哈，他可以选择直接不走索引。平时我们用!=、、not in的时候，要注意一下。

2.4 使用OR查询前后没有同时使用索引

例如下表：

CREATE TABLE test_tb ( 
 id int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, 
 name varchar(55) NOT NULL
 PRIMARY KEY (id)
) 
ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

使用OR条件进行查询

SELECT * 
FROM test_tb 
WHERE id = 1 OR name = 'tom'

这个SQL的执行条件下，很明显id字段查询会走索引，但是对于OR后面name字段的查询是需要进行全表扫描的。在这个场景下，优化器直接进行一遍全表扫描就完事了。

2.5 使用联合索引时，列的顺序错误

使用联合索引需要满足最左匹配原则，即最左优先。如果你建立一个（col_1, col_2, col_3）的联合索引，相当于建立了 (col_1)、(col_1,col_2)、(col_1,col_2,col_3) 三个索引。如下例子：

-- 走了索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_1 = 10 AND col_2 = 100 AND col_3 = 500;
-- 走了索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_1 = 10 AND col_2 = 100 ;
-- 没走索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_1 = 10 AND col_3 = 500 ;
-- 没走索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_2 = 100 AND col_3 = 500 ;
-- 没走索引
SELECT * FROM SomeTable WHERE col_2 = 100 AND col_1 = 10 ;

联合索引中的第一列（col_1）必须写在查询条件的开头，而且索引中列的顺序不能颠倒。

2.6 使用LIKE查询

并不是用了like通配符，索引一定会失效，而是like查询是以%开头，才会导致索引失效。

-- 没走索引
SELECT  *  FROM  SomeTable  WHERE  col_1  LIKE'%a';
-- 没走索引
SELECT  *  FROM  SomeTable  WHERE  col_1  LIKE'%a%';
-- 走了索引
SELECT  *  FROM  SomeTable  WHERE  col_1  LIKE'a%';

2.7 连接字段字符集编码不一致

如果两张表进行连接，关联字段编码不一致会导致关联字段上的索引失效，这是博主在线上经历一次SQL慢查询后的得到的结果，举例如下，有如下两表，它们的name字段都建有索引，但是编码不一致，user表的name字段编码是utf8mb4，user_job表的name字段编码是utf8，

CREATE TABLE `user` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) CHARACTER
  SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci DEFAULT NULL,
  `age` int NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;

CREATE TABLE `user_job` (
  `id` int NOT NULL,
  `userId` int NOT NULL,
  `job` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

进行SQL查询如下：

EXPLAIN
SELECT * 
from `user` u 
join user_job j on u.name = j.name

由结果可知，user表的查询没有走索引。想要user表也走索引，那就需要把user表name字段的编码改成utf8即可。

三、减少中间表

在SQL中，子查询的结果会被看成一张新表，这张新表与原始表一样，可以通过代码进行操作。这种高度的相似性使得SQL编程具有非常强的灵活性，但是如果不加限制地大量使用中间表，会导致查询性能下降。

频繁使用中间表会带来两个问题，一是展开数据需要耗费内存资源，二是原始表中的索引不容易使用到（特别是聚合时）。因此，尽量减少中间表的使用也是提升性能的一个重要方法。

3.1 使用HAVING子句

对聚合结果指定筛选条件时，使用HAVING子句是基本原则。不习惯使用HAVING子句的人可能会倾向于像下面这样先生成一张中间表，然后在WHERE子句中指定筛选条件。例如下面：

SELECT * 
  FROM (
    SELECT sale_date, MAX(quantity) max_qty
      FROM SalesHistory
       GROUP BY sale_date
     ) tmp
 WHERE max_qty >= 10

然而，对聚合结果指定筛选条件时不需要专门生成中间表，像下面这样使用HAVING子句就可以。

SELECT sale_date, MAX(quantity)
  FROM SalesHistory
 GROUP BY sale_date
HAVING MAX(quantity) >= 10;

HAVING子句和聚合操作是同时执行的，所以比起生成中间表后再执行的WHERE子句，效率会更高一些，而且代码看起来也更简洁。

3.2 对多个字段使用IN

当我们需要对多个字段使用IN条件查询时，可以通过 || 操作将字段连接在一起变成一个字符串处理。

SELECT *
  FROM Addresses1 A1
 WHERE id || state || city
    IN (SELECT id || state|| city
          FROM Addresses2 A2);

这样一来，子查询不用考虑关联性，而且只执行一次就可以。

3.3 先进行连接再进行聚合

连接和聚合同时使用时，先进行连接操作可以避免产生中间表。原因是，从集合运算的角度来看，连接做的是“乘法运算”。连接表双方是一对一、一对多的关系时，连接运算后数据的行数不会增加。而且，因为在很多设计中多对多的关系都可以分解成两个一对多的关系，因此这个技巧在大部分情况下都可以使用。

到此本文讲解完毕，感谢大家阅读，感兴趣的朋友可以点赞加关注，你的支持将是我更新动力😘。

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