Explain 详解与索引优化最佳实践
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- [一、Explain 工具介绍](#一、Explain 工具介绍)
- [二、Explain 分析示例](#二、Explain 分析示例)
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- [2.1 示例表结构](#2.1 示例表结构)
- [2.2 基本使用](#2.2 基本使用)
- [三、Explain 两个变种](#三、Explain 两个变种)
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- [3.1 explain extended](#3.1 explain extended)
- [3.2 explain partitions](#3.2 explain partitions)
- [四、Explain 中的列](#四、Explain 中的列)
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- [4.1 id 列](#4.1 id 列)
- [4.2 select_type 列](#4.2 select_type 列)
- [4.3 table 列](#4.3 table 列)
- [4.4 type 列(重点)](#4.4 type 列(重点))
- [4.5 possible_keys 列](#4.5 possible_keys 列)
- [4.6 key 列](#4.6 key 列)
- [4.7 key_len 列](#4.7 key_len 列)
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- [key_len 计算规则](#key_len 计算规则)
- [4.8 ref 列](#4.8 ref 列)
- [4.9 rows 列](#4.9 rows 列)
- [4.10 Extra 列(重点)](#4.10 Extra 列(重点))
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- [1.Using index](#1.Using index)
- [2.Using where](#2.Using where)
- [3. Using index condition](#3. Using index condition)
- [4.Using temporary](#4.Using temporary)
- [5.Using filesort](#5.Using filesort)
- [6.Select tables optimized away](#6.Select tables optimized away)
- 总结
- 五、索引最佳实践
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- [5.1 示例表](#5.1 示例表)
- [5.2 实践规则](#5.2 实践规则)
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- [规则 1:全值匹配](#规则 1:全值匹配)
- [规则 2:最左前缀法则](#规则 2:最左前缀法则)
- [规则 3:不在索引列上做任何操作](#规则 3:不在索引列上做任何操作)
- [规则 4:存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列](#规则 4:存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列)
- [规则 5:尽量使用覆盖索引,减少 select *](#规则 5:尽量使用覆盖索引,减少 select *)
- [规则 6:不等于、not in、not exists 无法使用索引](#规则 6:不等于、not in、not exists 无法使用索引)
- [规则 7:is null、is not null 一般也无法使用索引](#规则 7:is null、is not null 一般也无法使用索引)
- [规则 8:like 以通配符开头索引失效](#规则 8:like 以通配符开头索引失效)
- [规则 9:字符串不加单引号索引失效](#规则 9:字符串不加单引号索引失效)
- [规则 10:少用 or 或 in](#规则 10:少用 or 或 in)
- [规则 11:范围查询优化](#规则 11:范围查询优化)
- 六、索引使用总结

一、Explain 工具介绍
使用 EXPLAIN 关键字可以模拟优化器执行 SQL 语句,分析你的查询语句或是结构的性能瓶颈。
在 select 语句之前增加 explain 关键字,MySQL 会在查询上设置一个标记,执行查询会返回执行计划的信息,而不是执行这条 SQL。
注意 :如果
from中包含子查询,仍会执行该子查询,将结果放入临时表中。
二、Explain 分析示例
参考官方文档:https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/explain-output.html
2.1 示例表结构
sql
-- actor 表
DROP TABLE IF EXISTS `actor`;
CREATE TABLE `actor` (
`id` int(11) NOT NULL,
`name` varchar(45) DEFAULT NULL,
`update_time` datetime DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
INSERT INTO `actor` (`id`, `name`, `update_time`)
VALUES (1,'a','2017-12-22 15:27:18'),
(2,'b','2017-12-22 15:27:18'),
(3,'c','2017-12-22 15:27:18');
-- film 表
DROP TABLE IF EXISTS `film`;
CREATE TABLE `film` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(10) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
INSERT INTO `film` (`id`, `name`) VALUES (3,'film0'),(1,'film1'),(2,'film2');
-- film_actor 表
DROP TABLE IF EXISTS `film_actor`;
CREATE TABLE `film_actor` (
`id` int(11) NOT NULL,
`film_id` int(11) NOT NULL,
`actor_id` int(11) NOT NULL,
`remark` varchar(255) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_film_actor_id` (`film_id`,`actor_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
INSERT INTO `film_actor` (`id`, `film_id`, `actor_id`)
VALUES (1,1,1),(2,1,2),(3,2,1);
2.2 基本使用
sql
mysql> explain select * from actor;

在查询中的每个表会输出一行,如果有两个表通过
join连接查询,那么会输出两行。
三、Explain 两个变种
3.1 explain extended
会在 explain 的基础上额外提供一些查询优化的信息。紧随其后通过 show warnings 命令可以得到优化后的查询语句 ,从而看出优化器优化了什么。额外还有 filtered 列,是一个百分比的值,rows * filtered / 100 可以估算出将要和 explain 中前一个表进行连接的行数(前一个表指 explain 中 id 值比当前表 id 值小的表)。
sql
mysql> explain extended select * from film where id = 1;

sql
mysql> show warnings;

3.2 explain partitions
相比 explain 多了个 partitions 字段,如果查询是基于分区表的话,会显示查询将访问的分区。
四、Explain 中的列
接下来展示 explain 中每个列的信息。
4.1 id 列
id 列的编号是 select 的序列号,有几个 select 就有几个 id,并且 id 的顺序是按 select 出现的顺序增长的。
- id 列越大执行优先级越高
- id 相同则从上往下执行
- id 为 NULL 最后执行
4.2 select_type 列
select_type 表示对应行是简单还是复杂的查询。
| 类型 | 含义 |
|---|---|
simple |
简单查询,不包含子查询和 union |
primary |
复杂查询中最外层的 select |
subquery |
包含在 select 中的子查询(不在 from 子句中) |
derived |
包含在 from 子句中的子查询,MySQL 会将结果存放在临时表中(派生表) |
union |
在 union 中的第二个和随后的 select |
simple示例:
sql
mysql> explain select * from film where id = 2;

primary、subquery、derived示例:
sql
-- 关闭 mysql5.7 新特性对衍生表的合并优化
mysql> set session optimizer_switch='derived_merge=off';
mysql> explain select (select 1 from actor where id = 1) from (select * from film where id = 1) der;

sql
-- 还原默认配置
mysql> set session optimizer_switch='derived_merge=on';
union示例:
sql
mysql> explain select 1 union all select 1;

4.3 table 列
这一列表示 explain 的一行正在访问哪个表。
- 当
from子句中有子查询时,table 列是<derivenN>格式,表示当前查询依赖id=N的查询,于是先执行id=N的查询。 - 当有
union时,UNION RESULT的 table 列的值为<union1,2>,1 和 2 表示参与 union 的 select 行 id。

4.4 type 列(重点)
这一列表示关联类型或访问类型,即 MySQL 决定如何查找表中的行,查找数据行记录的大概范围。
依次从最优到最差:system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL
一般来说,得保证查询达到 range 级别,最好达到 ref。
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| NULL | MySQL 能在优化阶段分解查询语句,执行阶段不用再访问表或索引 |
| system | const 的特例,表里只有一条元组匹配 |
| const | 用于 primary key 或 unique key 的所有列与常数比较,最多匹配一行 |
| eq_ref | primary key 或 unique key 所有部分被连接使用,最多返回一条符合条件的记录 |
| ref | 使用普通索引或唯一性索引的部分前缀,可能找到多个符合条件的行 |
| range | 范围扫描,出现在 in(), between, >, <, >= 等操作中 |
| index | 扫描全索引(二级索引),一般为覆盖索引,比 ALL 快 |
| ALL | 全表扫描,扫描聚簇索引的所有叶子节点 |
NULL示例
sql
mysql> explain select min(id) from film;

const, system
mysql能对查询的某部分进行优化并将其转化成一个常量(可以看show warnings 的结果)。用于 primary key 或 unique key 的所有列与常数比较时,所以表最多有一个匹配行,读取1次,速度比较快。system是const的特例,表里只有一条元组匹配时为system
sql
mysql> explain extended select * from (select * from film where id = 1) tmp;

sql
mysql> show warnings;

eq_ref
primary key 或 unique key 索引的所有部分被连接使用 ,最多只会返回一条符合条件的记录。这可能是在 const 之外最好的联接类型了,简单的 select 查询不会出现这种 type。
sql
mysql> explain select * from film_actor left join film on film_actor.film_id = film.id;

ref
相比 eq_ref,不使用唯一索引,而是使用普通索引或者唯一性索引的部分前缀,索引要和某个值相比较,可能会找到多个符合条件的行。
- 简单 select 查询,name 是普通索引(非唯一索引):
sql
mysql> explain select * from film where name = 'film1';

- 关联表查询,
idx_film_actor_id是film_id和actor_id的联合索引,这里使用到了左边前缀film_id部分:
sql
mysql> explain select film_id from film left join film_actor on film.id = film_actor.film_id;

range
范围扫描通常出现在 in(), between ,> ,<, >= 等操作中。使用一个索引来检索给定范围的行。
sql
mysql> explain select * from actor where id > 1;

index
扫描全索引就能拿到结果,一般是扫描某个二级索引,这种扫描不会从索引树根节点开始快速查找,而是直接对二级索引的叶子节点遍历和扫描,速度还是比较慢的,这种查询一般为使用覆盖索引,二级索引一般比较小,所以这种通常比ALL快一些。
sql
mysql> explain select * from film;

ALL
即全表扫描,扫描你的聚簇索引的所有叶子节点。通常情况下这需要增加索引来进行优化了。
sql
mysql> explain select * from actor;

4.5 possible_keys 列
显示查询可能使用哪些索引来查找。
- explain 时可能出现
possible_keys有列,而key显示 NULL 的情况------这是因为表中数据不多,MySQL 认为索引对此查询帮助不大,选择了全表查询。 - 如果该列是 NULL,则没有相关的索引。可以通过检查
where子句看是否可以创造适当的索引来提高查询性能,然后用 explain 查看效果。
4.6 key 列
显示 MySQL 实际采用哪个索引来优化对该表的访问。
如果没有使用索引,则该列是 NULL。如果想强制 MySQL 使用或忽视 possible_keys 列中的索引,在查询中使用 force index、ignore index。
4.7 key_len 列
显示 MySQL 在索引里使用的字节数,通过这个值可以算出具体使用了索引中的哪些列。
举例:film_actor 的联合索引 idx_film_actor_id 由 film_id 和 actor_id 两个 int 列组成,每个 int 是 4 字节。通过结果中的 key_len=4 可推断出查询使用了第一个列:film_id 列来执行索引查找。
sql
mysql> explain select * from film_actor where film_id = 2;

key_len 计算规则
字符串类型:
char(n)和varchar(n),5.0.3以后版本中,**n均代表字符数,而不是字节数,**如果是utf-8,一个数字或字母占1个字节,一个汉字占3个字节
| 类型 | 长度(存汉字) |
|---|---|
char(n) |
3n 字节 |
varchar(n) |
3n + 2 字节(+2 是用来存储字符串长度, 因为varchar是变长字符串) |
数值类型:
| 类型 | 字节数 |
|---|---|
tinyint |
1 |
smallint |
2 |
int |
4 |
bigint |
8 |
时间类型:
| 类型 | 字节数 |
|---|---|
date |
3 |
timestamp |
4 |
datetime |
8 |
其他:
- 字段允许为 NULL,需要 1 字节记录是否为 NULL
- 索引最大长度是 768 字节,当字符串过长时,MySQL 会做类似左前缀索引的处理,将前半部分的字符提取出来做索引。
4.8 ref 列
显示在 key 列记录的索引中,表查找值所用到的列或常量,常见的有:const(常量)、字段名(例:film.id)。
4.9 rows 列
MySQL 估计 要读取并检测的行数,注意这个不是结果集里的行数。
4.10 Extra 列(重点)
1.Using index
解释:查询的列都在索引里,直接从索引取数据,不需要回表(覆盖索引)。
比如下面返回film_id当前表的索引字段,而不是*或者其他非索引字段
sql
mysql> explain select film_id from film_actor where film_id = 1;

2.Using where
解释:MySQL 在存储引擎返回数据后,又在 Server 层用 WHERE 条件做了一次过滤,并且查询的列未被索引覆盖。
本质含义:
Using where 表示 MySQL 使用 WHERE 条件来过滤数据,而且被过滤的列没有被索引覆盖。具体分两种情况:
情况一:完全没走索引
比如 actor 表的 name 列没有建索引:
sql
mysql> EXPLAIN SELECT * FROM actor WHERE name = 'a';

此时:
name列没有索引 → MySQL 只能全表扫描(type=ALL)- 拿出每一行后,再用
WHERE name = 'a'这个条件逐行过滤掉不符合的 - 这种「用 WHERE 条件在 Server 层过滤数据」的行为,就是
Using where
3. Using index condition
解释:查询的列不完全被索引覆盖,where 条件中是一个前导列的范围。
大概意思是一个联合索引 idx_film_actor_id (film_id, actor_id),where的查询条件是最左列且是范围查询
在 MySQL 的 EXPLAIN 执行计划中,Extra 列出现 Using index condition ,代表使用了 "索引下推" 优化。这是 MySQL 5.6 版本引入的一项重要性能提升机制。
简单来说,它的意思是:MySQL 在回表查询实际数据之前,会先在联合索引上把能用的过滤条件都过滤一遍,尽量减少回表的次数。
sql
mysql> EXPLAIN SELECT * FROM film_actor WHERE film_id > 1;

常见触发场景
通常在使用联合索引 ,且查询条件中既包含等值查询(最左前缀) ,又包含**范围查询(如 LIKE、>、<)**时发生。
示例:
假设有一张用户表,有一个联合索引 idx_name_age (name, age)。
SELECT * FROM users WHERE name LIKE '张%' AND age = 25;
底层原理(优化前 vs 优化后)
- 没有索引下推(5.6 之前):
- 存储引擎根据联合索引的第一列
name LIKE '张%'在索引树上找到所有"张"开头的主键 ID。 - 拿着这些主键 ID 全部回表(去聚簇索引查完整行数据),返回给服务层。
- 服务层再根据
age = 25对这些完整数据进行过滤。
缺点:如果叫"张某"的有 10000 人,但 age=25 的只有 10 人,就会发生 10000 次无用的回表,极大浪费 I/O。
- 存储引擎根据联合索引的第一列
- 开启索引下推(出现 Using index condition):
- 存储引擎根据
name LIKE '张%'在索引树上找到记录。 - 存储引擎不急于回表 ,而是顺手在联合索引中检查这个记录的
age是否等于 25。 - 只有当
name和age同时满足条件 时,才拿着主键 ID 去回表 获取完整数据。
优点:把服务层的过滤操作"下推"到了存储引擎层,直接在索引树上完成过滤,大幅减少了回表次数。
- 存储引擎根据
- 性能影响
性能大幅提升!
核心价值在于"减少回表次数"。因为回表属于随机 I/O,是非常昂贵的操作。索引下推直接在二级索引上拦截了大量不符合条件的数据,避免了无谓的磁盘读取,尤其在大表数据中,查询速度会有质的飞跃。
4.Using temporary
MySQL 需要创建一张临时表来处理查询。出现这种情况一般是要进行优化的,首先是想到用索引来优化。
- actor.name 没有索引,此时创建了张临时表来 distinct:
sql
mysql> explain select distinct name from actor;

- film.name 建立了 idx_name 索引,此时 extra 是 using index,没有用临时表:
sql
mysql> explain select distinct name from film;

5.Using filesort
将用外部排序而不是索引排序,数据较小时从内存排序,否则需要在磁盘完成排序。这种情况下一般也是要考虑使用索引来优化的。
- actor.name未创建索引,会浏览actor整个表,保存排序关键字name和对应的id,然后排序name并检索行记录
sql
mysql> explain select * from actor order by name;

- film.name 建立了 idx_name 索引,此时 extra 是 using index:
sql
mysql> explain select * from film order by name;

6.Select tables optimized away
是一个非常好的状态。它的字面意思是**"查询表的操作被优化掉了"**。
简单来说,这意味着 MySQL 优化器认定,它根本不需要真正去读取表的数据(甚至不需要遍历索引的叶子节点),仅仅通过查询索引的树结构或表的元数据,就能直接得出最终的查询结果。
例如:使用某些聚合函数(比如 max、min)来访问存在索引的某个字段是
sql
mysql> explain select min(id) from film;

总结
| Extra 值 | 一句话 | 好坏 |
|---|---|---|
| Using index | 查的列全在索引里,不用回表(覆盖索引) | ✅ 好 |
| Using index condition | 走索引 + ICP 下推,引擎层先过滤再回表 | ⚠️ 一般 |
| Using where | 没走索引或索引不够,Server 层逐行过滤 | ❌ 差 |
| Using temporary | 需要建临时表存中间结果(distinct/group by 没走索引) | ❌ 差 |
| Using filesort | 不能直接用索引排序,需要额外排序 | ❌ 差 |
| Select tables optimized away | 聚合函数直接用索引取值,无需访问表 | ✅✅ 最好 |
记忆口诀:
- 看到 Using index → 放心,覆盖索引了
- 看到 Using where → 索引没用到或不够用
- 看到 Using index condition → 比 Using where 强,用了 ICP 减少回表
- 看到 Using temporary / Using filesort → 赶紧优化,加索引
五、索引最佳实践
5.1 示例表
sql
CREATE TABLE `employees` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(24) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '姓名',
`age` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '年龄',
`position` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '职位',
`hire_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '入职时间',
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_name_age_position` (`name`,`age`,`position`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='员工记录表';
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES('LiLei',22,'manager',NOW());
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES('HanMeimei', 23,'dev',NOW());
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES('Lucy',23,'dev',NOW());
联合索引:
idx_name_age_position(name,age,position)
5.2 实践规则
规则 1:全值匹配
按联合索引的全部列进行等值匹配,索引生效。
sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei';

sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 22;

sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 22 AND position = 'manager';

规则 2:最左前缀法则
如果索引了多列,要遵守最左前缀法则。指的是查询从索引的最左前列开始 并且不跳过索引中的列。
sql
-- 走索引(从最左 name 开始)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'Bill' AND age = 31;
-- 不走索引(跳过了最左列 name)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age = 30 AND position = 'dev';
-- 不走索引(跳过了最左列 name)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE position = 'manager';

规则 3:不在索引列上做任何操作
计算、函数、(自动或手动)类型转换,都会导致索引失效而转向全表扫描。
sql
-- 走索引
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei';
-- 不走索引(使用了 left 函数)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE left(name,3) = 'LiLei';

日期函数示例:
sql
ALTER TABLE `employees` ADD INDEX `idx_hire_time` (`hire_time`) USING BTREE;
-- 不走索引(使用了 date 函数)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE date(hire_time) = '2018-09-30';

sql
-- 转化为日期范围查询,可能会走索引
EXPLAIN SELECT * FROM employees
WHERE hire_time >= '2018-09-30 00:00:00'
AND hire_time <= '2018-09-30 23:59:59';

sql
ALTER TABLE `employees` DROP INDEX `idx_hire_time`;
规则 4:存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列
范围查询会导致范围条件右边的索引列失效。
sql
-- 三个列都走索引
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 22 AND position = 'manager';
-- age 使用了范围(>),position 索引失效
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age > 22 AND position = 'manager';

规则 5:尽量使用覆盖索引,减少 select *
sql
-- 覆盖索引(只查索引列)
EXPLAIN SELECT name,age FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 23 AND position = 'manager';

sql
-- select * 对比
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND age = 23 AND position = 'manager';

规则 6:不等于、not in、not exists 无法使用索引
!=或<>、not in、not exists会导致全表扫描<、>、<=、>=这些,MySQL 内部优化器会根据检索比例、表大小等多个因素整体评估是否使用索引
sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name != 'LiLei';

规则 7:is null、is not null 一般也无法使用索引
sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name IS NULL;

规则 8:like 以通配符开头索引失效
sql
-- 索引失效(% 开头)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name LIKE '%Lei';

sql
-- 走索引(% 在后面)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name LIKE 'Lei%';

问题:解决 like '%字符串%' 索引不被使用的方法?
- a)使用覆盖索引,查询字段必须是覆盖索引字段:
sql
EXPLAIN SELECT name,age,position FROM employees WHERE name LIKE '%Lei%';

- b)如果不能使用覆盖索引则需要借助搜索引擎(如 Elasticsearch)
规则 9:字符串不加单引号索引失效
sql
-- 走索引(字符串加引号)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = '1000';
-- 不走索引(隐式类型转换)
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 1000;

规则 10:少用 or 或 in
MySQL 内部优化器会根据检索比例、表大小等多个因素整体评估是否使用索引,详见范围查询优化。
sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' OR name = 'HanMeimei';

规则 11:范围查询优化
sql
ALTER TABLE `employees` ADD INDEX `idx_age` (`age`) USING BTREE;
-- 大范围查询可能不走索引
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age >= 1 AND age <= 2000;

原因:MySQL 内部优化器会根据检索比例、表大小等多个因素整体评估是否使用索引。单次数据量查询过大可能导致优化器最终选择不走索引。
优化方法:将大的范围拆分成多个小范围。
sql
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age >= 1 AND age <= 1000;
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age >= 1001 AND age <= 2000;

sql
ALTER TABLE `employees` DROP INDEX `idx_age`;
六、索引使用总结

like KK%相当于=常量,%KK和%KK% 相当于范围
| 场景 | 是否走索引 |
|---|---|
| 全值匹配(等值匹配联合索引全部列) | ✅ |
| 最左前缀(从最左列开始且不跳过中间列) | ✅ |
| 索引列上做计算/函数/类型转换 | ❌ |
| 范围条件右边的列 | ❌ |
| 覆盖索引(select 索引列) | ✅ |
!=、<>、not in、not exists |
❌ |
is null、is not null |
❌(一般) |
like '%xxx'(通配符开头) |
❌ |
like 'xxx%'(通配符结尾) |
✅ |
| 字符串不加单引号(隐式类型转换) | ❌ |
or / in |
不一定(优化器评估) |
注意 :like KK% 相当于 = 常量,%KK 和 %KK% 相当于范围查询。