騰訊面試題：一條 SQL 陳述句執行得很慢的原因有哪些？

（給ImportNew加星標，提高Java技能）

 

轉自：苦逼的碼農

 

最近的招聘季，騰訊有一道面試題：一條SQL陳述句執行得很慢的原因有哪些？

 

其實，這個問題可以涉及到 MySQL 的很多核心知識，可以扯出一大堆，就像要考你計算機網路的知識時，問你“輸入URL回車之後，究竟發生了什麼”一樣，看看你能說出多少了。

 

本文的作者就是這道面試題的親歷者，他嘗試總結了一下：

 

一、開始裝逼：分類討論

 

一條 SQL 陳述句執行的很慢，那是每次執行都很慢呢？還是大多數情況下是正常的，偶爾出現很慢呢？所以我覺得，我們還得分以下兩種情況來討論。

 

1. 大多數情況是正常的，只是偶爾會出現很慢的情況。
2. 在資料量不變的情況下，這條SQL陳述句一直以來都執行的很慢。

 

針對這兩種情況，我們來分析下可能是哪些原因導致的。

 

二、針對偶爾很慢的情況

 

一條 SQL 大多數情況正常，偶爾才能出現很慢的情況，針對這種情況，我覺得這條SQL陳述句的書寫本身是沒什麼問題的，而是其他原因導致的，那會是什麼原因呢？

 

1、資料庫在掃清臟頁（flush）我也無奈啊

 

當我們要往資料庫插入一條資料、或者要更新一條資料的時候，我們知道資料庫會在記憶體中把對應欄位的資料更新了，但是更新之後，這些更新的欄位並不會馬上同步持久化到磁碟中去，而是把這些更新的記錄寫入到 redo log 日記中去，等到空閑的時候，在透過 redo log 裡的日記把最新的資料同步到磁碟中去。

 

當記憶體資料頁跟磁碟資料頁內容不一致的時候，我們稱這個記憶體頁為“臟頁”。記憶體資料寫入到磁碟後，記憶體和磁碟上的資料頁的內容就一致了，稱為“乾凈頁”。

 

刷臟頁有下麵4種場景（後兩種不用太關註“效能”問題）：

 

• redolog寫滿了：redo log 裡的容量是有限的，如果資料庫一直很忙，更新又很頻繁，這個時候 redo log 很快就會被寫滿了，這個時候就沒辦法等到空閑的時候再把資料同步到磁碟的，只能暫停其他操作，全身心來把資料同步到磁碟中去的，而這個時候，就會導致我們平時正常的SQL陳述句突然執行的很慢，所以說，資料庫在在同步資料到磁碟的時候，就有可能導致我們的SQL陳述句執行的很慢了。
• 記憶體不夠用了：如果一次查詢較多的資料，恰好碰到所查資料頁不在記憶體中時，需要申請記憶體，而此時恰好記憶體不足的時候就需要淘汰一部分記憶體資料頁，如果是乾凈頁，就直接釋放，如果恰好是臟頁就需要刷臟頁。
• MySQL 認為系統“空閑”的時候：這時系統沒什麼壓力。
• MySQL 正常關閉的時候：這時候，MySQL 會把記憶體的臟頁都 flush 到磁碟上，這樣下次 MySQL 啟動的時候，就可以直接從磁碟上讀資料，啟動速度會很快。

 

2、拿不到鎖我能怎麼辦

 

這個就比較容易想到了，我們要執行的這條陳述句，剛好這條陳述句涉及到的表，別人在用，並且加鎖了，我們拿不到鎖，只能慢慢等待別人釋放鎖了。或者，表沒有加鎖，但要使用到的某個一行被加鎖了，這個時候，我也沒辦法啊。

 

如果要判斷是否真的在等待鎖，我們可以用show processlist這個命令來檢視當前的狀態哦，這裡我要提醒一下，有些命令最好記錄一下，反正，我被問了好幾個命令，都不知道怎麼寫，呵呵。

 

下來我們來訪分析下第二種情況，我覺得第二種情況的分析才是最重要的

 

三、針對一直都這麼慢的情況

 

如果在資料量一樣大的情況下，這條 SQL 陳述句每次都執行的這麼慢，那就就要好好考慮下你的 SQL 書寫了，下麵我們來分析下哪些原因會導致我們的 SQL 陳述句執行的很不理想。

 

我們先來假設我們有一個表，表裡有下麵兩個欄位,分別是主鍵 id，和兩個普通欄位 c 和 d。

 

mysql> CREATE TABLE `t` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `c` int(11) DEFAULT NULL,
  `d` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;

 

1、扎心了，沒用到索引

 

沒有用上索引，我覺得這個原因是很多人都能想到的，例如你要查詢這條陳述句

 

select * from t where 100 100000

;

 

(1)、欄位沒有索引

 

剛好你的 c 欄位上沒有索引，那麼抱歉，只能走全表掃描了，你就體驗不會索引帶來的樂趣了，所以，這回導致這條查詢陳述句很慢。

 

(2)、欄位有索引，但卻沒有用索引

 

好吧，這個時候你給 c 這個欄位加上了索引，然後又查詢了一條陳述句

 

select * from t where c - 1 = 1000;

 

我想問大家一個問題，這樣子在查詢的時候會用索引查詢嗎？

 

答是不會，如果我們在欄位的左邊做了運算，那麼很抱歉，在查詢的時候，就不會用上索引了，所以呢，大家要註意這種欄位上有索引，但由於自己的疏忽，導致系統沒有使用索引的情況了。

 

正確的查詢應該如下

 

select * from t where c = 1000 + 1;

 

有人可能會說，右邊有運算就能用上索引？難道資料庫就不會自動幫我們最佳化一下，自動把 c – 1=1000 自動轉換為 c = 1000+1。

 

不好意思，確實不會幫你，所以，你要註意了。

 

(3)、函式操作導致沒有用上索引

 

如果我們在查詢的時候，對欄位進行了函式操作，也是會導致沒有用上索引的，例如

 

select * from t where pow(c,2) = 1000;

 

這裡我只是做一個例子，假設函式 pow 是求 c 的 n 次方，實際上可能並沒有 pow(c,2)這個函式。其實這個和上面在左邊做運算也是很類似的。

 

所以呢，一條陳述句執行都很慢的時候，可能是該陳述句沒有用上索引了，不過具體是啥原因導致沒有用上索引的呢，你就要會分析了，我上面列舉的三個原因，應該是出現的比較多的吧。

 

2、呵呵，資料庫自己選錯索引了

 

我們在進行查詢操作的時候，例如

 

select * from t where 100 < c and c < 100000;

 

我們知道，主鍵索引和非主鍵索引是有區別的，主鍵索引存放的值是整行欄位的資料，而非主鍵索引上存放的值不是整行欄位的資料，而且存放主鍵欄位的值。

 

也就是說，我們如果走 c 這個欄位的索引的話，最後會查詢到對應主鍵的值，然後，再根據主鍵的值走主鍵索引，查詢到整行資料傳回。

 

好吧扯了這麼多，其實我就是想告訴你，就算你在 c 欄位上有索引，系統也並不一定會走 c 這個欄位上的索引，而是有可能會直接掃描掃描全表，找出所有符合 100 < c and c < 100000 的資料。

 

為什麼會這樣呢？

 

其實是這樣的，系統在執行這條陳述句的時候，會進行預測：究竟是走 c 索引掃描的行數少，還是直接掃描全表掃描的行數少呢？顯然，掃描行數越少當然越好了，因為掃描行數越少，意味著I/O操作的次數越少。

 

如果是掃描全表的話，那麼掃描的次數就是這個表的總行數了，假設為 n；而如果走索引 c 的話，我們透過索引 c 找到主鍵之後，還得再透過主鍵索引來找我們整行的資料，也就是說，需要走兩次索引。而且，我們也不知道符合 100 c < and c < 10000 這個條件的資料有多少行，萬一這個表是全部資料都符合呢？這個時候意味著，走 c 索引不僅掃描的行數是 n，同時還得每行資料走兩次索引。

 

所以呢，系統是有可能走全表掃描而不走索引的。那系統是怎麼判斷呢？

 

判斷來源於系統的預測，也就是說，如果要走 c 欄位索引的話，系統會預測走 c 欄位索引大概需要掃描多少行。如果預測到要掃描的行數很多，它可能就不走索引而直接掃描全表了。

 

那麼問題來了，系統是怎麼預測判斷的呢？這裡我給你講下系統是怎麼判斷的吧，雖然這個時候我已經寫到脖子有點酸了。

 

系統是透過索引的區分度來判斷的，一個索引上不同的值越多，意味著出現相同數值的索引越少，意味著索引的區分度越高。我們也把區分度稱之為基數，即區分度越高，基數越大。所以呢，基數越大，意味著符合 100 < c and c < 10000 這個條件的行數越少。

 

所以呢，一個索引的基數越大，意味著走索引查詢越有優勢。

 

那麼問題來了，怎麼知道這個索引的基數呢？

 

系統當然是不會遍歷全部來獲得一個索引的基數的，代價太大了，索引系統是透過遍歷部分資料，也就是透過取樣的方式，來預測索引的基數的。

 

扯了這麼多，重點的來了，居然是取樣，那就有可能出現失誤的情況，也就是說，c 這個索引的基數實際上是很大的，但是取樣的時候，卻很不幸，把這個索引的基數預測成很小。例如你取樣的那一部分資料剛好基數很小，然後就誤以為索引的基數很小。然後就呵呵，系統就不走 c 索引了，直接走全部掃描了。

 

所以呢，說了這麼多，得出結論：由於統計的失誤，導致系統沒有走索引，而是走了全表掃描，而這，也是導致我們 SQL 陳述句執行的很慢的原因。

 

這裡我宣告一下，系統判斷是否走索引，掃描行數的預測其實只是原因之一，這條查詢陳述句是否需要使用使用臨時表、是否需要排序等也是會影響系統的選擇的。

 

不過呢，我們有時候也可以透過強制走索引的方式來查詢，例如

 

select * from t force index(a) where c < 100 and c < 100000;

 

我們也可以透過

 

show index from t;

 

來查詢索引的基數和實際是否符合，如果和實際很不符合的話，我們可以重新來統計索引的基數，可以用這條命令

 

analyze table t;

 

來重新統計分析。

 

既然會預測錯索引的基數，這也意味著，當我們的查詢陳述句有多個索引的時候，系統有可能也會選錯索引哦，這也可能是 SQL 執行的很慢的一個原因。

 

好吧，就先扯這麼多了，你到時候能扯出這麼多，我覺得已經很棒了，下麵做一個總結。

 

四、總結

 

以上是我的總結與理解，最後一個部分，我怕很多人不大懂資料庫居然會選錯索引，所以我詳細解釋了一下，下麵我對以上做一個總結。

 

一個 SQL 執行的很慢，我們要分兩種情況討論：

 

1、大多數情況下很正常，偶爾很慢，則有如下原因

 

(1)、資料庫在掃清臟頁，例如 redo log 寫滿了需要同步到磁碟。

(2)、執行的時候，遇到鎖，如表鎖、行鎖。

 

2、這條 SQL 陳述句一直執行的很慢，則有如下原因。

 

(1)、沒有用上索引：例如該欄位沒有索引；由於對欄位進行運算、函式操作導致無法用索引。

(2)、資料庫選錯了索引。

 

大家如果有補充的，也是可以留言區補充一波哦。