加速你的数据库：公司中SQL优化的八大绝招

学徒6302024-01-11 16:08

前言

SQL优化这个问题也是老生常谈了，很多都还是在八股文中了解到，那么公司里的SQL都是咋优化的呢？和八股文一样吗？下面，我将与大家分享我在公司里学到的SQL优化知识。SQL优化是提高数据库性能和减少资源消耗的重要一环，在我工作的过程中，我深刻体会到了SQL优化的重要性，并积累了一些实用的技巧和经验，我希望通过这篇博客，将这些知识分享给大家。

LIKE的左模糊查询优化

不足点

使用 LIKE 进行左模糊查询可能导致索引失效的原因主要有两点：

  1. LIKE 模糊匹配规则：左模糊查询中，使用 % 通配符开头的模式，例如 %phone，在搜索过程中需要对索引进行全索引扫描，因为索引是按照顺序存储的，无法利用索引的 B-Tree 属性进行快速定位。这将导致查询时需要遍历整个索引，从而降低查询效率。
  2. 索引列顺序：如果索引列的顺序与查询条件的顺序不一致，也会导致索引失效。例如，如果索引是 (name, price)，但是查询条件是 LIKE '%phone' AND price < 1000，这样的查询无法充分利用索引，因为索引的第一列 name 并没有在查询条件中使用，导致索引无法高效匹配查询条件。

优化点

优先考虑使用全文搜索来进行模糊查询，可以大幅提高查询效率。因为全文搜索使用了特殊的索引类型（如InnoDB全文索引 或MyISAM全文索引），而左模糊查询则使用普通的B树索引。全文索引能够以文本内容的方式存储数据，并使用一定的算法构建索引，从而快速准确地找到文本数据中的匹配项，有效利用了索引。但左模糊查询需要扫描整个索引目录才能找到符合条件的记录，效率较低。因此，在适合的情况下，使用全文搜索可以提高查询效率。

优化实现

  1. 添加全文索引：首先，需要为需要进行模糊查询的列添加全文索引。假设我们以 products 表中的 name 列为例，可以使用以下语句添加全文索引：
sql 复制代码 
ALTER TABLE products ADD FULLTEXT(name);
  1. 使用 MATCH AGAINST 进行全文搜索：接下来，使用 MATCH AGAINST 语句来进行全文搜索。使用 MATCH 子句指定要搜索的列，并使用 AGAINST 子句指定要搜索的模糊关键字。
sql 复制代码 
SELECT * FROM products WHERE MATCH(name) AGAINST ('phone' IN NATURAL LANGUAGE MODE);

在上述示例中，使用 MATCH(name) 来指定要搜索的列 name，并使用 AGAINST ('phone' IN NATURAL LANGUAGE MODE) 来指定要搜索的关键字，其中 phone 是模糊匹配的关键字。

NULL值处理优化

不足点

对于 null 的判断可能会导致数据库引擎放弃使用索引而进行全表扫描。在数据库中，索引是用于加快数据检索的结构，它可以帮助数据库引擎快速定位需要的数据行。然而，当对一个列进行 null 值的判断时，由于 null 不属于实际的数据值，数据库引擎无法使用索引来加速查找，只能对整个表进行扫描来判断是否满足条件，此外，除了性能问题，对于业务而言，当遇到为NULL的数据，需要给他一个默认值，而非返回一个空数据，但是如果直接在表结构中声明该字段的默认值，那么就难以满足不同业务点所需不同默认值的情况。

优化点

  1. 可以通过 COALESCE 函数，COALESCE 函数可以用于检查多个列的空值，然后返回第一个非空的值（有点EXIST关键字的感觉）。这可以减少对每个列进行单独的 NULL 检查，简化查询语句的逻辑
  2. 使用 IFNULL 函数，它的作用似于Map集合的 getOrDefault 函数，用于判断一个表达式是否为NULL，当达式为NULL时返回一个指定的替代值。
  3. 使用索引，如果你经常需要检查一个列是否为 NULL，可以考虑为该列添加一个索引。索引可以帮助数据库更高效地定位包含 NULL 值的行，从而提高查询性能。

优化实现

使用 IS NULL 进行判空的 SQL 示例：

sql 复制代码 
SELECT * FROM table WHERE column IS NULL;

上述示例中的 table 是表名，column 是要判断是否为空的列名。它将返回表中列值为空的所有行。

使用 COALESCE 进行优化的 SQL 示例：

sql 复制代码 
SELECT COALESCE(column1, column2, column3) AS result FROM table; # COALESCE 函数将按照参数的顺序检查 column1、column2、column3 是否为空，并返回第一个非空的值作为结果。

使用 IFNULL 进行优化的 SQL 示例：

sql 复制代码 
SELECT IFNULL(column, '替换的数据，注意数据类型') AS column_value FROM table; # IFNULL 函数将检查 column1 是否为 NULL，如果是，则将其替换为指定数据。

大表查询优化

不足点

当一张表的数据非常多的时候，比如单个.myd文件都达到10G，这时，必然读取起来效率降低。深分页问题，数据检索慢等问题都比较频繁，哪怕加上索引都难以满足预期需求，

优化点

对于这种情况可以考虑将数据按某字段数值进行分区切割，常见的有两种方案，通过数据库中间件MyCat进行分库分表，或者通过数据库自带的 PARTITION 函数进行数据分片。PARTITION 函数更加适合在单一数据库上进行数据的分区管理，而 MyCat 则适合将数据分布到多个物理服务器上进行横向扩展和提高性能。选择哪种分表方式应根据实际的需求、架构和使用场景来确定。

优化实现

（这里主要介绍PARTITION分区函数的优化，MyCat中间件的优化操作请参考我的MyCat 2全套学习笔记）

  1. 添加分区键：在表创建之后，通过 ALTER TABLE 语句添加分区键。
sql 复制代码 
ALTER TABLE mytable ADD PARTITION BY RANGE(id)(
   PARTITION p0 VALUES LESS THAN (100),
   PARTITION p1 VALUES LESS THAN (200),
   PARTITION p2 VALUES LESS THAN (MAXVALUE)
);

当执行插入操作后，mysql将会根据指定的规则，把数据放在不同的表文件上，相当于在文件上，被拆成了小块


2. 查询数据：使用查询语句可以按照分区键的规则查询分区表的数据。

sql 复制代码 
SELECT * FROM mytable;               -- 查询所有分区的数据
SELECT * FROM mytable PARTITION(p0);  -- 查询指定分区（p0）的数据
SELECT * FROM mytable WHERE id < 200; -- 查询符合条件的分区数据
  1. 修改分区规则：如果需要修改分区规则，可以使用 ALTER TABLE 语句进行更改。
sql 复制代码 
ALTER TABLE mytable REORGANIZE PARTITION p2 INTO (PARTITION p2 VALUES LESS THAN (300));
  1. 删除分区：如果需要删除分区，可以使用 ALTER TABLE 语句进行删除。
sql 复制代码 
ALTER TABLE mytable DROP PARTITION p2;

避免列上函数和运算

不足点

在 WHERE 子句中，如果索引列是计算或者函数的一部分，DBMS 的优化器将不会使用索引而使用全表扫描。同样的，不能在索引列上使用函数，因为函数也是一种计算，会造成全表扫描。索引失效的原因是索引是针对原值建的二叉树，将列值计算后，原来的二叉树就用不上了，从而导致全表扫描；

优化点

其实本质而言是针对列值计算后，原二叉树失效问题，那么我们优化方案就要避免改动列值，以下主要方式有：1.通过模糊查询等价转换函数效果 2. 运算操作移到查询条件内

优化实现

sql 复制代码 
-- 错误示例：函数应用于列上
SELECT * FROM users WHERE YEAR(name) = 2022;
​
-- 优化示例：将函数应用于查询条件的常量值
SELECT * FROM users WHERE name LIKE '2022%';
sql 复制代码 
-- 错误示例：在列上进行运算
SELECT * FROM users WHERE age + 10 = 30;
​
-- 优化示例：将运算操作移到查询条件内
SELECT * FROM users WHERE age = 30 - 10;

大数据量操作EXISTS替代IN / WHERE

不足点

数据量较大时，使用 IN 或 WHERE 子句可能导致查询性能下降。这是因为 IN 或 WHERE 子句需要分别检查每个值是否存在于目标数据集中，这会导致大量的比较操作和索引查找，增加查询的时间复杂度。并且会将目标数据集一次性加载到内存中进行比较，这可能导致内存不足或者大量的内存交换操作，从而影响整个系统的性能。

优化点

在某些情况下，使用 EXISTS 可以更高效地执行查询，特别是当子查询的结果集很大时。这是因为 EXISTS 子查询只需找到符合条件的第一个匹配行即可停止，而 IN 或 WHERE 子查询需要扫描整个结果集并进行比较。并且EXISTS 只需要判断是否存在满足条件的行，不需要保存整个结果集

实际上，据库查询优化器有时候可能会在执行计划中进行自动转换。例如，当存在合适的索引时，优化器可能会将 IN 或 WHERE 子查询转换为 EXISTS 形式，以提高查询性能。

优化实现

使用 IN 子查询的查询示例：

sql 复制代码 
SELECT column1, column2, column3
FROM table1
WHERE column1 IN (SELECT column1 FROM table2);

使用 EXISTS 替代的优化示例：

vbnet 复制代码 
SELECT column1, column2, column3
FROM table1 AS t1
WHERE EXISTS (SELECT 1 FROM table2 AS t2 WHERE t2.column1 = t1.column1);
  • 对于表格 table1 的每一行，都执行 EXISTS 子查询的判断。
  • EXISTS 子查询会在 table2 中查找是否存在满足条件的记录。如果存在，返回结果为真，当前行被包含在查询结果中。
  • 如果不存在，返回结果为假，当前行不会被包含在查询结果中

深分页优化

不足点

MySQL深分页问题是指在查询大量数据时，使用OFFSET和LIMIT来实现分页，当偏移量较大时（例如偏移量超过百万级别），查询的性能会明显下降，导致查询时间变长。OFFSET和LIMIT实际上是在获取查询结果之后再进行偏移和截取，这意味着数据库需要扫描和跳过大量的数据。并且MySQL需要将查询到的结果排序，然后丢弃前面的偏移量部分，这对于大量数据来说，可能需要进行大量的硬盘IO操作，降低了性能。

优化点

其实根据以上说法，可以知道深分页产生原因在于MySQL在查询结果中跳过大量行时需要花费大量时间。例如，如果我们想获取第10000页的数据，MySQL需要先读取并跳过前9999页的数据，这将消耗大量时间。那么我们可以从两个方面进行入手，拿到上次查询的位置直接加1获取目标位置，或者使用覆盖索引 + 子查询优化查询。在进行分页查询时，我们可以记录上次查询的最后一个ID，然后在下次查询时，直接从这个ID开始查询，避免检索起始位置之前的数据。而覆盖索引是一种可以直接从索引中获取查询结果，而无需访问数据表的索引。通过使用覆盖索引，我们可以减少数据表的访问次数，从而提高查询效率。

优化实现

优化方式一：其实深分页问题的业务很多都与分页栏相关，那么我们就能够基于当前页码数据优化目标查询页码

sql 复制代码 
SELECT * FROM table WHERE id > last_id ORDER BY id LIMIT 10;

优化方式二：既然速度慢在查询到目标行需要略过很多数据，那可以通过索引来进行优化速率，我快点越过其他的id，结果获取就快一点

sql 复制代码 
SELECT * FROM mysql.test WHERE id > (SELECT a.id FROM mysql.test a WHERE a.create_time > '2014-01-01 00:00:00' LIMIT 100000, 1) LIMIT 10;

优化方式三：对于经常被访问的页面或者数据，可以将其缓存在本地或者Redis等缓存中，在第二次及以后访问时直接返回缓存结果，避免重复计算和数据库查询。

优化方式四：对于经常被访问的页面或者数据，可以将其缓存在本地或者Redis等缓存中，在第二次及以后访问时直接返回缓存结果，避免重复计算和数据库查询。

使用UNION ALL代替UNION

不足点

UNION 会自动去重，这意味着如果不需要去掉重复的行，使用 UNION会进行额外去重操作，从而降低查询性能。此外，当使用 UNION 时，数据库需要将所有的结果集合并并去重，这种操作可能会破坏每个结果集的排序，从而导致最终的结果集排序错误

优化点

UNION ALL 不会去重，这意味着如果不需要去掉重复的行，使用 UNION ALL 可以避免进行额外的排序和去重操作，总之，如果需要去重，或者结果集已经是有序的，则应使用 UNION；否则，如果结果集不需要去重并且具有良好的排序，则应使用 UNION ALL。

优化实现

sql 复制代码 
# UNION 
SELECT column1, column2, column3
FROM table1
UNION
SELECT column1, column2, column3
FROM table2;
​
# UNION ALL
SELECT column1, column2, column3
FROM table1
UNION ALL
SELECT column1, column2, column3
FROM table2;

批量处理避免频繁交互

不足点

当需要更新的数据量特别大、SQL语句运行时间超长时。每次执行 SQL 都会涉及磁盘 I/O 操作，包括读取数据、日志写入等，特别是针对大量数据的操作，频繁的磁盘交互会导致性能的降低。并且每条 SQL 都会有网络传输的开销，包括发送 SQL 请求和接收响应，对于大量数据的处理，会产生较大的网络延迟。而且逐条执行 SQL 可能会导致频繁的加锁和解锁操作，增加了系统资源竞争的概率，可能导致锁冲突和阻塞，影响并发性能

优化点

在做系统优化的时候，我们总是想尽可能的减少数据库查询的次数，以减少资源占用，同时可以提高系统速度。将多个 SQL 操作合并为一个批量操作，减少了磁盘交互次数和网络通信开销。通过一次性加载和处理多个数据，减少了多次查询的次数，提高了效率，并且结合批量操作，将一系列 SQL 操作放在一个事务中执行，保证数据的一致性和完整性，同时批量提交事务可以减少事务提交的次数，减小锁竞争的范围。

优化实现

scss 复制代码 
# 批量插入
INSERT INTO table_name (column1, column2, column3)
VALUES
    (value1, value2, value3),
    (value4, value5, value6),
    ...
    (value7, value8, value9);
sql 复制代码 
# 批量更新
Update users Set status=1 Where account IN ('xx1', 'xx2');
​
update users
 set job = case id
  when 1 then 'job11'
  when 2 then 'job12'
 end,
  age = case id
  when 1 then 11
  when 2 then 12
 end;

总结

通过本篇博客，我们对SQL优化进行了深入的探讨和学习。我们首先了解了SQL优化的重要性和意义，它可以提高数据库的性能和减少资源消耗，从而提升系统的效率和响应速度。但是我们也要注意，SQL优化是一个复杂而细致的工作，需要结合具体的业务需求和数据库结构进行分析和优化。每个业务场景都可能存在不同的瓶颈和问题，因此，我们需要不断学习和实践，不断优化数据库性能，以满足不断增长的业务需求。

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