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mysql优化案例分享

news 2025/7/12 22:39:14

一、mysql介绍

1、InnoDB引擎

mysql5.5.8版本开始后。InnoDB引擎就是默认存储引擎，本文介绍知识点也都是围绕该引擎展开。

知识点1聚集存储

InnoDB引擎采用聚集存储，即每张表的存储都是主键的顺序进行存放，也就是每行存储的物理顺序和主键顺序相同，如果未指定主键，引擎会为每张表生成一个6字节的rowid作为主键。相对于非聚集存储，聚集存储会同时存储索引和数据。

知识点2 B+树索引

InnoDB引擎采用B+树索引，同样也是磁盘和存储工具设计的一种数据结构，它是一种平衡查找树，它在查找，插入、修改方面的时间复杂度都稳定为 O(logn)。相对于平衡二叉树，节点可以存储多个元素，因此整体可以存储较多的数据，并且树的高度也会矮，可以减少磁盘IO，提高检索效率。

注: 树结构，既有数组结构检索的速度，又有链表结构增删改的速度

1.1、索引数据结构

按聚集存储方式的B+树索引数据结构如下

a、非叶子节点不存储data，只存储索引，且可以存储多个索引字段

b、叶子节点既存储data，也存储索引即主键，此时叶子结点覆盖所有数据

c、叶子节点用双向指针连接，提高区间访问的性能

总得来说，这个数据结构带来了空间和时间上成本，空间上每建立一个索引都要为它建立一棵 B+ 树，时间上每次对表中的数据进行增、删、改操作时，都需要去修改各个 B+ 树索引。

注: 非聚集存储方式相对于聚集存储方式的最大区别，这里叶子节点存储的data变更为数据地址

1.2、索引适用条件

从1.1原理，可知一个索引一个B+树，那么索引天然是排序的、分组的。若非叶子存储多个索引字段，需遵循最左匹配原则。那么索引适用条件如下:

假设t_student表，主键为id，联合索引为idx_name_age

适用条件	参考原理	示例
全值匹配	索引检索	select * from t_student where name = 'zhangsan'
最左匹配	多个索引时，字段按顺序匹配	错误示例 select * from t_student where age > 18 and age< 30
范围值匹配	索引排序	select * from t_student where name > 'zhangsan' and name < 'lisi'
列前缀匹配	索引排序，例如字符串已经按字母排序好，此时只能匹配前缀	select * from t_student where name list 'zhang%'
排序匹配	索引排序	select * from t_student order by age
分组配置	索引分组	select * from t_student order by name
混合匹配	索引检索、索引排序	select * from t_student where name = 'zhangsan' and age > 18 and age < 30 注: 任意条件仅限一个字段，即不能新增nick_name精确匹配或birthday范围匹配

1.3、索引失效场景

结合1.1和1.2，以及日常使用场景，总结索引失效场景如下：

假设t_student表，主键为id，联合索引为idx_name_age

失效场景	参考原理	示例
字段类型不匹配	索引检索	select * from t_student where age = 'zhangsan'
索引字段条件不匹配	索引检索(即or出现未索引字段)	select * from t_student where name = 'zhangsan' or nick_name = 'zs'
通配符不匹配	索引排序	同1.2
联合索引不匹配	多个索引时，字段按顺序匹配	同1.2
运算符不匹配	索引排序，仅支持大于、小于、等于	!= 、< >、not in、+、-、*、/、is null、is not null、字段比较
排序不匹配	索引排序	禁止使用asc、desc

通过explain语句判断索引是否生效

EXPLAIN SELECT * FROM table_name WHERE column_name = 'value';

示例1 and条件—索引命中，即如图key为命中索引

示例2 or条件—索引未命中，即如图key为空

2、锁

2.1、定义

锁是数据库系统区别于文件系统的一个关键特性。锁机制用于管理对共享资源的并发访问。

注：

这里的共享资源，不仅仅是行记录，还可以是表数据、操作缓冲池数据。

这里我们关注的锁是lock。lock的对象是事务，用来锁定的是数据库中的对象，如表、页、行。并且一般lock的对象仅事务commit或rollback后进行释放。

2.2、锁类型

共享锁(S Lock): 允许事务读一行数据

排他锁(X Lock): 允许事务删除或更新一行数据

意向共享锁(IS Lock): 事务想要获得一张表中某几行的共享锁

意向排他锁(IX Lock): 事务想要获得一张表中某几行的排他锁

注:

为了支撑在不同粒度(表、页)上加锁，并减少锁开销，引入意向锁，意向锁锁对某种资源的意向，可通过意向锁提前判断是否有冲突，减少遍历所有行锁的开销。

页是mysql的数据存储单位，SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_page_size'可查看页大小

实践分享

考虑到select默认不加锁，而delete/update/insert默认加排他锁，可以通过lock in share mode主动加上S Lock，for update主动加上X Lock

监控可能存在的锁问题

select * from information_schema.INNODB_TRX;

select * from information_schema.INNODB_LOCKS;

select * from information_schema.INNODB_LOCKS_WAITS;

2.3、锁算法

Record Lock: 单个行记录上的锁

适用场景：sql语句查询条件字段仅主键索引

Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，但不包含记录本身

适用场景：sql语句查询条件字段仅普通索引

注: 插入意向锁(Insert Intention Locks),提高并发插入的性能，允许多事务在同一间隙内插入数据而不会相互阻塞

Next key Lock：锁定一个范围，但包含记录本身，默认算法

适用场景：sql语句查询条件字段既有主键索引又有普通索引

2.4、死锁定义

死锁上指两个或两个以上的事务在执行过程中，因争夺锁资源而造成的一种互相等待的现象。死锁概率与事务数量、每个事务的操作数量、每个事务操作的数据量息息相关，所以需要在业务上减少事务数量、每个事务的操作数量，扩大每个事务操作的数据量范围。

3、事务

3.1、定义

事务同样是数据库区别于文件系统的重要特性，来保障事务里面所有操作ACID特性，即原子性、一致性、隔离性、持久性。

3.2、类型

默认事务类型READ REPEATABLE

4、设计规范

4.1、设计原则

a．基本原则

1、第一范式即每个列遵循原子性举例：人的多个属性不能都放在一列

2、第二范式即每个表遵循模块化举例：订单模块和产品模块分开，即同一张表只能依赖一个主键(或负荷主键)

3、第三范式即每个列遵循冗余性举例：单价和总价不应该同时出现，班级和老师不应该同时出现

总结：需求>性能>范式，为了性能/需求，该冗余还是得冗余；为了成本，至少遵循第三范式

b．进阶原则(单表数据量过大怎么解决)

4.2、阿里建表规范

1.【强制】表达是与否概念的字段，必须使用is_xxx的方式命名，数据类型是unsigned tinyint（1表示是，0表示否），此规则同样适用于odps建表。

说明：任何字段如果为非负数，必须是unsigned。

2.【强制】表名、字段名必须使用小写字母或数字；禁止出现数字开头，禁止两个下划线中间只出现数字。数据库字段名的修改代价很大，因为无法进行预发布，所以字段名称需要慎重考虑。

正例：getter_admin，task_config，level3_name

反例：GetterAdmin，taskConfig，level_3_name

3.【强制】表名不使用复数名词。

说明：表名应该仅仅表示表里面的实体内容，不应该表示实体数量，对应于DO类名也是单数形式，符合表达习惯。

4.【强制】禁用保留字，如desc、range、match、delayed等，参考官方保留字。

5.【强制】唯一索引名为uk_字段名；普通索引名则为idx_字段名。说明：uk_即unique key；idx_即index的简称。

6.【强制】小数类型为decimal，禁止使用float和double。

说明：float和double在存储的时候，存在精度损失的问题，很可能在值的比较时，得到不正确的结果。如果存储的数据范围超过decimal的范围，建议将数据拆成整数和小数分开存储。

7.【强制】如果存储的字符串长度几乎相等，使用CHAR定长字符串类型。

8.【强制】varchar是可变长字符串，不预先分配存储空间，长度不要超过5000，如果存储长度大于此值，定义字段类型为TEXT，独立出来一张表，用主键来对应，避免影响其它字段索引效率。

9.【强制】表必备三字段：id, gmt_create, gmt_modified。

说明：其中id必为主键，类型为unsigned bigint、单表时自增、步长为1；gmt_create, gmt_modified的类型均为date_time类型。

10.【推荐】表的命名最好是加上“业务名称_表的作用”。

正例：tiger_task / tiger_reader / mpp_config

11.【推荐】库名与应用名称尽量一致。

12.【推荐】如果修改字段含义或对字段表示的状态追加时，需要及时更新字段注释。

13.【推荐】字段允许适当冗余，以提高性能，但是必须考虑数据同步的情况。冗余字段应遵循：

1）不是频繁修改的字段。

2）不是varchar超长字段，更不能是text字段。

正例：各业务线经常冗余存储商品名称，避免查询时需要调用IC服务获取。

14.【推荐】单表行数超过500万行或者单表容量超过2GB，才推荐进行分库分表。

说明：如果预计三年后的数据量根本达不到这个级别，请不要在创建表时就分库分表。

15.【参考】合适的字符存储长度，不但节约数据库表空间、节约索引存储，更重要的是提升检索速度。

正例：人的年龄用unsigned tinyint（表示范围0-255，人的寿命不会超过255岁）；海龟就必须是smallint，但如果是太阳的年龄，就必须是int；如果是所有恒星的年龄都加起来，那么就必须使用bigint

5、案例分享

5.1、慢查询

开启慢查询日志

[mysqld]

slow_query_log = 1

slow_query_log_file = /path/to/mysql-slow.log

#单位秒

long_query_time = 0.1

模拟慢查询

第一步批量插入100万条数据

第二步以未加索引字段nick_name为条件进行查询

慢查询日志示例

Time Id Command Argument

# Time: 2024-08-20T04:43:20.250382Z

# User@Host: root[root] @ localhost [::1] Id: 2

# Query_time: 0.537167 Lock_time: 0.017117 Rows_sent: 0 Rows_examined: 1000000

use food_db;

SET timestamp=1724129000;

SELECT * FROM t_student where nick_name = 'aaa'

LIMIT 0, 10;

5.2、死锁

模拟死锁

会话1

begin;

//排它锁

select * from t_student where id=4 for update;

//产生死锁

insert into t_student values(3,’test’,18)

会话2

begin;

//共享锁

select * from t_student where id<=4 lock in share mode;

--等待

提示:ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

查询死锁情况

select * from information_schema.INNODB_LOCKS;

lock_data是主键记录，lock_page是页序号，lock_rec是记录序号

注: mysql8.0版本后，可使用select * from performance_schema.data_locks

6、参考书籍

《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎第2版》