线上又炸了，原来是索引的“锅”

51CTO技术栈 2021-02-02

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最近在线上环境遇到了一次 SQL 慢查询引发的数据库故障，影响线上业务。

图片来自 Pexels

经过排查后，确定原因是：SQL 在执行时，MySQL 优化器选择了错误的索引（不应该说是“错误”，而是选择了实际执行耗时更长的索引）。

排查过程中，查阅了许多资料，也学习了下 MySQL 优化器选择索引的基本准则，在本文中进行解决问题思路的分享。

PS：本人 MySQL 了解深度有限，如有错误欢迎在评论区理性讨论和指正。

在这次事故中也能充分看出深入了解 MySQL 运行原理的重要性，这是遇到问题时能否独立解决问题的关键。

试想一个月黑风高的夜晚，公司线上突然挂了，而你的同事们都不在线，就你一个人有条件解决问题，这时候如果被工程师的基本功把你卡住了，就问你尴不尴尬...

本文的主要内容：

故障描述
问题原因排查
MySQL 索引选择原理
解决方案
思考与总结

故障描述

在去年 7 月 24 日 11 点线上某数据库突然收到大量告警，慢查询数超标，并且引发了连接数暴增，导致数据库响应缓慢，影响业务。

看图表慢查询在高峰达到了每分钟 14w 次，在平时正常情况下慢查询数仅在两位数以下，如下图：

赶紧查看慢 SQL 记录，发现都是同一类语句导致的慢查询（隐私数据例如表名，我已经隐去）：

select  *from  sample_tablewhere    1 = 1    and (city_id = 565)    and (type = 13)order by  id desclimit  0, 1

看起来语句很简单，没什么特别的，但是每个执行的查询时间达到了惊人的 44s。

简直耸人听闻，这已经不是“慢”能形容的了...

接下来查看表数据信息，如下图：

可以看到表数据量较大，预估行数在 83683240，也就是 8000w 左右，千万数据量的表。

大致情况就是这样，下面进入排查问题的环节。

问题原因排查

首先当然要怀疑会不会该语句没走索引，查看建表 DML 中的索引：

KEY `idx_1` (`city_id`,`type`,`rank`),KEY `idx_log_dt_city_id_rank` (`log_dt`,`city_id`,`rank`),KEY `idx_city_id_type` (`city_id`,`type`)

请忽略 idx_1 和 idx_city_id_type 两个索引的重复，这都是历史遗留问题了。

可以看到是有 idx_city_id_type 和 idx_1 索引的，我们的查询条件是 city_id 和 type，这两个索引都是能走到的。

但是，我们的查询条件真的只要考虑 city_id 和 type 吗？（机智的小伙伴应该注意到问题所在了，先往下讲，留给大家思考）

既然有索引，接下来就该看该语句实际有没有走到索引了，MySQL 提供了 Explain 可以分析 SQL 语句。Explain 用来分析 SELECT 查询语句。

Explain 比较重要的字段有：

select_type：查询类型，有简单查询、联合查询、子查询等。
key：使用的索引。
rows：预计需要扫描的行数。

我们使用 Explain 分析该语句：

select * from sample_table where city_id = 565 and type = 13 order by id desc limit 0,1

得到结果：

可以看出，虽然 possiblekey 有我们的索引，但是最后走了主键索引。而表是千万级别，并且该查询条件最后实际是返回的空数据，也就是 MySQL 在主键索引上实际检索时间很长，导致了慢查询。

我们可以使用 force index(idx_city_id_type) 让该语句选择我们设置的联合索引：

select * from sample_table force index(idx_city_id_type)  where ( ( (1 = 1) and (city_id = 565) ) and (type = 13) ) order by id desc limit 0, 1

这次明显执行得飞快，分析语句：

实际执行时间 0.00175714s，走了联合索引后，不再是慢查询了。

问题找到了，总结下来就是：MySQL 优化器认为在 limit 1 的情况下，走主键索引能够更快的找到那一条数据，并且如果走联合索引需要扫描索引后进行排序，而主键索引天生有序，所以优化器综合考虑，走了主键索引。

实际上，MySQL 遍历了 8000w 条数据也没找到那个天选之人（符合条件的数据），所以浪费了很多时间。

MySQL 索引选择原理

①优化器索引选择的准则

MySQL 一条语句的执行流程大致如下图，而查询优化器则是选择索引的地方：

引用参考文献一段解释：首先要知道，选择索引是 MySQL 优化器的工作。

而优化器选择索引的目的，是找到一个最优的执行方案，并用最小的代价去执行语句。

在数据库里面，扫描行数是影响执行代价的因素之一。扫描的行数越少，意味着访问磁盘数据的次数越少，消耗的 CPU 资源越少。

当然，扫描行数并不是唯一的判断标准，优化器还会结合是否使用临时表、是否排序等因素进行综合判断。

总结下来，优化器选择有许多考虑的因素：扫描行数、是否使用临时表、是否排序等等。

我们回头看刚才的两个 Explain 截图：

走了主键索引的查询语句，rows 预估行数 1833，而强制走联合索引行数是 45640，并且 Extra 信息中，显示需要 Using filesort 进行额外的排序。

所以在不加强制索引的情况下，优化器选择了主键索引，因为它觉得主键索引扫描行数少，而且不需要额外的排序操作，主键索引天生有序。

②rows 是怎么预估出来的

同学们就要问了，为什么 rows 只有 1833，明明实际扫描了整个主键索引啊,行数远远不止几千行。

实际上 explain 的 rows 是 MySQL 预估的行数，是根据查询条件、索引和 limit 综合考虑出来的预估行数。

MySQL 是怎样得到索引的基数的呢？这里，我给你简单介绍一下 MySQL 采样统计的方法。

为什么要采样统计呢？因为把整张表取出来一行行统计，虽然可以得到精确的结果，但是代价太高了，所以只能选择“采样统计”。

采样统计的时候，InnoDB 默认会选择 N 个数据页，统计这些页面上的不同值，得到一个平均值，然后乘以这个索引的页面数，就得到了这个索引的基数。

而数据表是会持续更新的，索引统计信息也不会固定不变。所以，当变更的数据行数超过 1/M 的时候，会自动触发重新做一次索引统计。

在 MySQL 中，有两种存储索引统计的方式，可以通过设置参数 innodb_stats_persistent 的值来选择：

设置为 on 的时候，表示统计信息会持久化存储。这时，默认的 N 是 20，M 是 10。
设置为 off 的时候，表示统计信息只存储在内存中。这时，默认的 N 是 8，M 是 16。

由于是采样统计，所以不管 N 是 20 还是 8，这个基数都是很容易不准的。

我们可以使用 analyze table t 命令，可以用来重新统计索引信息。但是这条命令生产环境需要联系 DBA，所以我就不做实验了，大家可以自行实验。

③索引要考虑 order by 的字段

为什么这么说？因为如果我这个表中的索引是 city_id，type 和 id 的联合索引，那优化器就会走这个联合索引，因为索引已经做好了排序。

④更改 limit 大小能解决问题？

把 limit 数量调大会影响预估行数 rows，进而影响优化器索引的选择吗？

答案是会。

我们执行 limit 10：

select * from sample_table where city_id = 565 and type = 13 order by id desc limit 0,10

图中 rows 变为了 18211，增长了 10 倍。如果使用 limit 100，会发生什么？

优化器选择了联合索引。初步估计是 rows 还会翻倍，所以优化器放弃了主键索引。宁愿用联合索引后排序，也不愿意用主键索引了。

⑤为何突然出现异常慢查询

Q：这个查询语句已经在线上稳定运行了非常长的时间，为何这次突然出现了慢查询？

A：以前的语句查询条件返回结果都不为空，limit1 很快就能找到那条数据，返回结果。而这次代码中查询条件实际结果为空，导致了扫描了全部的主键索引。

解决方案

知道了 MySQL 为何选择这个索引的原因后，我们就可以根据上面的思路来列举出解决办法了。

主要有两个大方向：

强制指定索引
干涉优化器选择

①强制选择索引：force index

就像上面我最开始的操作那样，我们直接使用 force index，让语句走我们想要走的索引。

select * from sample_table force index(idx_city_id_type)  where ( ( (1 = 1) and (city_id = 565) ) and (type = 13) ) order by id desc limit 0, 1

这样做的优点是见效快，问题马上就能解决。

缺点也很明显：

高耦合，这种语句写在代码里，会变得难以维护，如果索引名变化了，或者没有这个索引了，代码就要反复修改。属于硬编码。
很多代码用框架封装了 SQL，force index() 并不容易加进去。

我们换一种办法，去引导优化器选择联合索引。

②干涉优化器选择：增大 limit

通过增大 limit，我们可以让预估扫描行数快速增加，比如改成下面的 limit 0, 1000：

SELECT * FROM sample_table where city_id = 565 and type = 13 order by id desc LIMIT 0,1000

这样就会走上联合索引，然后排序，但是这样强行增长 limit，其实总有种面向黑盒调参的感觉。我们还有更优美的解决方案吗？

③干涉优化器选择：增加包含 order by id 字段的联合索引

我们这句慢查询使用的是 order by id，但是我们却没有在联合索引中加入 id 字段，导致了优化器认为联合索引后还要排序，干脆就不太想走这个联合索引了。

我们可以新建 city_id，type 和 id 的联合索引，来解决这个问题。

这样也有一定的弊端，比如我这个表到了 8000w 数据，建立索引非常耗时，而且通常索引就有 3.4 个 G，如果无限制的用索引解决问题，可能会带来新的问题。表中的索引不宜过多。

④干涉优化器选择：写成子查询

还有什么办法？我们可以用子查询，在子查询里先走 city_id 和 type 的联合索引，得到结果集后在 limit1 选出第一条。

但是子查询使用有风险，一般 DBA 也不建议使用子查询，会建议大家在代码逻辑中完成复杂的查询。当然我们这句并不复杂啦！

Select * From sample_table Where id in (Select id From `newhome_db`.`af_hot_price_region` where (city_id = 565 and type = 13)) limit 0, 1

⑤还有很多解决办法

SQL 优化是个很大的工程，我们还有非常多的办法能够解决这句慢查询问题，这里就不一一展开了。

总结

本文带大家回顾了一次 MySQL 优化器选错索引导致的线上慢查询事故，可以看出 MySQL 优化器对于索引的选择并不单单依靠某一个标准，而是一个综合选择的结果。

我自己也对这方面了解不深入，还需要多多学习，争取能够好好的做一个索引选择的总结（挖坑）。不说了，拿起巨厚的《高性能MySQL》，开始压住我的泡面...

最后做个文章总结：

该慢查询语句中使用 order by id 导致优化器在主键索引和 city_id 和 type 的联合索引中有所取舍，最终导致选择了更慢的索引。
可以通过强制指定索引，建立包含 id 的联合索引，增大 limit 等方式解决问题。
平时开发时，尤其是对于特大数据量的表，要注意 SQL 语句的规范和索引的建立，避免事故的发生。

作者：蛮三刀把刀

编辑：陶家龙

出处：转载自公众号后端技术漫谈（ID：Rude3Knife）

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