MySQL的两种分页方式:Offset/Limit分页和游标分页

我们没有给MySQL足够的指令来生成一个确定性排序的结果集。我们要求按first_name排序,MySQL已经忠实地执行了操作,但返回的行顺序可能不同。

生成确定性排序的最简单方法是按一个唯一列排序,因为每个值都不重复,MySQL只能每次都以相同顺序返回行。当然,如果你需要按非唯一列排序,这种做法并不适用!在这种情况下,可以在排序中附加一个唯一列来解决问题。通常,添加id列是最好的选择。

sql 复制代码
SELECT *  
FROM people  
ORDER BY first_name, id -- 添加 ID 以保证确定性排序  

在同一个first_name值情况下,MySQL会进一步查看id列来决定行的顺序,从而实现确定性排序。确保分页的前提是查询结果的排序必须具有完全确定性,否则分页结果可能会出现问题。

Offset/Limit分页

Offset/Limit 分页可能是MySQL中最常见的分页方式,因为它最简单易用。利用这种分页方式,可以使用两个SQL关键字:OFFSETLIMITLIMIT告诉MySQL需要返回多少行,而OFFSET告诉MySQL需要跳过多少行。

sql 复制代码
SELECT *  
FROM people  
ORDER BY first_name, id  
LIMIT 10 -- 只返回10行  
OFFSET 10 -- 跳过前10行  

在这个示例中,我们从people表中选择所有用户,按first_nameid排序,然后限定结果集为10行,同时跳过前10行,返回第11-20行。

要构建一个Offset/Limit查询,你需要知道页面大小(page size)以及页面编号(page number)。页面大小是你每页想显示的记录数量,而页面编号是你想展示的页面。LIMIT由页面大小决定,而OFFSET由页面大小和页面编号决定。

计算正确的OFFSET时,你可以用以下公式:

ini 复制代码
OFFSET = (page_number - 1) * page_size  

例如,第一页的OFFSET(1 - 1) * 10 = 0,即不跳过任何行;第二页的OFFSET(2 - 1) * 10 = 10,即跳过前10行。

完整的查询示例如下:

sql 复制代码
SELECT *  
FROM people  
ORDER BY first_name, id  
LIMIT 10 -- 页面大小  
OFFSET 10 -- (page_number - 1) * page_size  

Offset/Limit分页的优点

Offset/Limit分页的一个显著优点是实现起来简单易懂。它不需要长期维护任何状态;每个请求都是独立的。你不需要关心用户之前访问了哪些页面。查询构造始终保持一致。数学计算简单,查询结构也很直观。

另一个优点是,页面直接可寻址。如果用户想从页面1直接跳到页面10,只要你的接口提供页面链接,便很容易实现。(游标分页无法做到这一点。)

Offset/Limit分页的缺点

数据漂移问题(Drifting Pages)

Offset/Limit分页最大的问题是数据漂移。当数据集发生变动(如新增或删除记录)时,用户可能会看到不一致的页面内容。例如用户浏览页面1和页面2时,某条记录被删除导致页面2缺失此前属于页面内容的数据。这一问题在游标分页中也存在,但Offset/Limit分页更容易发生。

我们来看一个例子。假设用户正在浏览页面1,页面包含10条记录。用户在页面1看到的最后一个人是"Judge Bins",而页面2的第一条记录应该是"Sonya Dickens"。

页面1的记录:

id first_name last_name
1 Phillip Yundt
2 Aaron Francis
3 Amelia West
4 Jennifer Becker
5 Macy Lind
6 Simon Lueilwitz
7 Tyler Cummerata
8 Suzanne Skiles
9 Zoe Hill
10 Judge Bins

页面2的记录(紧接页面1):

id first_name last_name
11 Sonya Dickens
12 Hope Streich
13 Kristian Kerluke
14 Stanton Fisher
15 Rasheed Little

但是,当用户正在浏览页面1时,某个记录被删除了,比如id为2的"Aaron Francis"被删除:

更新后的页面1记录:

id first_name last_name
1 Phillip Yundt
3 Amelia West
4 Jennifer Becker
5 Macy Lind
6 Simon Lueilwitz
7 Tyler Cummerata
8 Suzanne Skiles
9 Zoe Hill
10 Judge Bins

更新后的页面2记录:

id first_name last_name
11 Sonya Dickens
12 Hope Streich
13 Kristian Kerluke

由于用户无法直接感知行被删除的变化,在跳转到页面2时会直接跳过"Sonya Dickens"。用户无法看到她,除非再回退到页面1。

这种行为在处理不断变化的数据时非常常见。如果你的用例能够容忍这一问题,那么Offset/Limit分页或许仍是一个适当的选择。不过即使游标分页也会发生类似问题,但发生的概率较低。

性能缺陷

Offset关键字的工作原理是舍弃结果集中的前n行,而非直接跳过这些行进行定位。实际上,它需要读取这些行并丢弃它们。这意味着当分页较深时,查询性能会显著下降,因为数据库必须读取并丢弃更多行。

对于非常深的页面,查询可能需要数秒才能完成加载。这是Offset/Limit分页的一个重大问题,也正是游标分页被广泛使用的原因之一。游标分页没有这种性能缺陷,因为它不依赖OFFSET

使用延迟联结优化性能

针对Offset/Limit分页,有一种称为延迟联结(Deferred Join)的技术可以优化性能。

延迟联结是一种分页优化解决方案,它优先在子查询中过滤出一部分数据,然后再将这部分数据与原始表进行联结。这种延迟操作可以避免直接对整个表进行分页,从而提高查询效率。

示例查询:

sql 复制代码
SELECT *  
FROM people  
INNER JOIN (
  -- 仅对一个子查询进行分页,而不是对整个表分页
  SELECT id FROM people ORDER BY first_name, id LIMIT 10 OFFSET 450000
) AS tmp USING (id)  
ORDER BY first_name, id  

这种技术已经被广泛采用,并在流行的Web框架中有相关库支持,比如Rails中的FastPage和Laravel中的FastPaginate。

对比延迟联结与标准Offset/Limit分页的性能,可以看到延迟联结在处理深度页面时的优势。

以下是一个性能对比图(来自介绍FastPage的博客文章):

深度页面数 标准分页耗时 延迟联结耗时
1000 >5秒 <1秒
2000 >10秒 几乎线性性能

如果你决定在项目中使用Offset/Limit分页,建议考虑使用延迟联结优化你的查询。

游标分页

上面已经了解了Offset/Limit分页的工作原理,接下来聊聊游标分页。游标分页是一种通过"游标"(cursor)决定下一页结果的分页方式。需要注意的是,此处的游标概念与数据库游标不同。在分页上下文中,游标指的是指针、标识符、令牌或定位器。

游标分页的工作原理

游标分页的核心思想是记录用户最后看到的记录,并基于此记录下一批数据。当用户请求下一页数据时,需要提供游标信息,利用游标构建查询以确定从哪开始返回下一页数据。

与Offset/Limit分页不同的是,游标分页利用WHERE条件来过滤掉用户已经看过的数据,而不是使用OFFSET跳过。

首次分页的简单示例

假设有一个用户表,按id逐行分页。当用户请求数据的第一页时,没有游标,因此返回前10行:

vbnet 复制代码
SELECT *  
FROM people  
ORDER BY id  
LIMIT 10  

返回结果如:

id first_name last_name
1 Phillip Yundt
2 Aaron Francis
3 Amelia West
4 Jennifer Becker
5 Macy Lind
6 Simon Lueilwitz
7 Tyler Cummerata
8 Suzanne Skiles
9 Zoe Hill
10 Judge Bins

将游标发送到前端:游标通常为用户看到的最后一条记录的标志。在本例中,该游标为id=10。通常游标会进行base64编码,但为了简单起见,我们不做此处理。

返回给前端的数据结构:

json 复制代码
{
  "next_page": "(id=10)",
  "records": [
    // 第一页的记录
  ]
}

当用户请求下一页时,需要提供游标信息,服务端利用此游标确定下一页的记录。

高级排序的游标分页

如果需要按多个列排序,游标不仅需要记录最后一条记录的ID,还需记录其他列的排序值。例如如下情况:

假设我们按first_nameid两列排序,用户看到的最后一条记录是(first_name=Aaron, id=25995),下一页的游标为(first_name=Aaron, id=25995)。查询如下:

vbnet 复制代码
SELECT *  
FROM people  
WHERE  
  (
    (first_name > 'Aaron')  
    OR  
    (first_name = 'Aaron' AND id > 25995)  
  )  
ORDER BY first_name, id  
LIMIT 10  

总结

分页方式的选择需依据具体应用场景与性能要求。如果你的应用允许宽松的精确度或需要支持随机页面访问,Offset/Limit分页可能是不错的选择。然而对于深度分页或大数据场景,游标分页表现更为优秀,尤其是在动态数据集上避免了数据漂移问题。两者并无绝对优劣,最重要的是根据业务需求选择最适合的实现方式。

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