MySQL8.0之跳躍範圍掃描

簡介

跳躍範圍掃描是MySQL在8.0.13版本新增長的用於提升性能的新特性，跳躍範圍掃描可使之前部分沒法使用到聯合索引的SQL利用聯合索引進行查詢，而且能夠更高效的利用聯合索引，這對於使用MySQL聯合索引進行查詢的應用意義重大。

環境信息

• MySQL版本：8.0.15
• 操做系統版本：redhat-7.4

跳躍範圍掃描

經過一個示例來解釋跳躍範圍掃描：

CREATE TABLE t1 (f1 INT NOT NULL, f2 INT NOT NULL, PRIMARY KEY(f1, f2));
INSERT INTO t1 VALUES(1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5),(2,1), (2,2), (2,3), (2,4), (2,5);
INSERT INTO t1 SELECT f1, f2 + 5 FROM t1;
INSERT INTO t1 SELECT f1, f2 + 10 FROM t1;
INSERT INTO t1 SELECT f1, f2 + 20 FROM t1;
INSERT INTO t1 SELECT f1, f2 + 40 FROM t1;
ANALYZE TABLE t1;
EXPLAIN SELECT f1, f2 FROM t1 WHERE f2 > 40\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: t1
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: PRIMARY
          key: PRIMARY
      key_len: 8
          ref: NULL
         rows: 53
     filtered: 100.00
        Extra: Using where; Using index for skip scan
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)


mysql> select version();
+-----------+
| version() |
+-----------+
| 8.0.15 |
+-----------+
1 row in set (0.00 sec)
複製代碼

在這個示例中，SELECT f1,f2 FROM t1 WHERE f2>40在8.0.13版本以前是經過索引全掃描的方式來獲取最終的結果集，由於SELECT查詢的字段所有都是索引的組成部分。MySQL經過索引全掃描獲取全部的行記錄，而後經過f2 > 40這個條件過濾，最終篩選出結果集返回給客戶端。

衆所周知，索引範圍掃描的效率確定是要高於索引全掃描的，在這個示例中，雖然查詢條件是f2 > 40，屬於範圍查詢，可是WHERE條件中不包含f1字段的的條件，因此沒法使用索引範圍掃描的方式過濾數據。在MySQL-8.0.13版本增長的跳躍範圍掃描特性，就是針對相似的場景的優化，跳躍範圍掃描在這個示例中實際是針對每個f1字段的值，進行了範圍掃描，即進行了屢次範圍掃描。 針對這個示例，具體的跳躍範圍掃描過程以下：

1. 獲取聯合索引中第一個字段f1的第一個值：f1 = 1
2. 將獲取到的值和WHERE條件中的f2的條件組合：f1 = 1 AND f2 > 40
3. 執行這個範圍掃描查詢
4. 獲取聯合索引中第一個字段f1的第二個值：f1 = 2
5. 將獲取到的值和WHERE條件中的f2的條件組合：f1 = 2 AND f2 > 40
6. 執行這個範圍掃描查詢
7. 將兩次範圍掃描查詢的結果合併返回給客戶端

跳躍範圍掃描實際就是將一些全掃描的場景拆分紅多個範圍掃描，利用範圍掃描的效率高於全掃描的效率，最終實現提升SQL效率。 在這個示例中，比較有跳躍範圍掃描特性的SQL執行計劃以及沒有跳躍範圍掃描特性的SQL執行計劃：

# 有跳躍範圍掃描特性

mysql> EXPLAIN SELECT f1, f2 FROM t1 WHERE f2 > 40\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: t1
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: PRIMARY
          key: PRIMARY
      key_len: 8
          ref: NULL
         rows: 53
     filtered: 100.00
        Extra: Using where; Using index for skip scan
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

# 沒有跳躍範圍掃描特性
mysql> EXPLAIN SELECT f1, f2 FROM t1 WHERE f2 > 40\G 
 *************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: t1
   partitions: NULL
         type: index
possible_keys: NULL
          key: PRIMARY
      key_len: 8
          ref: NULL
         rows: 160
     filtered: 33.33
        Extra: Using where; Using index
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)
複製代碼

經過執行計劃能夠看到,有跳躍範圍掃描特性的查詢掃描的行數更少且過濾性更高。

使用限制以及場景

下面來講說跳躍範圍掃描使用一些限制以及場景：

• 表上至少存在一個聯合索引([A_1,A_2...A_k],B_1,B_2...B_m,C,[,D_1,...,D_n])，其中A部分以及D部分能夠爲空，可是B和C部分不能爲空。A_1,A_2..等表明字段值
• 只針對單表查詢
• 查詢中不包含GROUP BY或者DISTINCT
• SELECT查詢的字段所有被包含在索引組成部分，即符合覆蓋索引規範
• 前綴A_1,A_2...A_k部分必須是能夠被相等的常量
• 字段C上必須是一個範圍條件，大於或大於等於，小於或小於等於
• 容許在D字段上有過濾條件，可是必須和C上的範圍條件一塊兒使用

跳躍範圍掃描默認是開啓的，有兩種方式能夠關閉跳躍範圍掃描特性：

• 經過修改optimizer_switcher變量值，默認MySQL是將optimizer_switcher中的skip_scan設置爲on的，能夠經過將skip_scan設置爲off關閉跳躍範圍掃描
• 經過Hint的方式關閉跳躍範圍掃描特性：SELECT/*+ NO_SKIP_SCAN(t1 PRIMARY) */ f1, f2 FROM t1 WHERE f2 > 40;

對於使用了跳躍範圍掃描特性的SQL，使用EXPLAIN查看其執行計劃，能夠看到：

• 在執行計劃輸出的Extra一欄中有：Using index for skip scan
• 在執行計劃輸出的possible_keys一欄中會顯示可使用到的索引

總結

跳躍範圍掃描是對使用MySQL聯合索引查詢的SQL意義重大，能在使SQL查詢效率更高，可是並非使用到跳躍範圍掃描就能表明SQL執行效率更高。在MySQL一些開發規範中，通常要求創建聯合索引時將重複值少的字段放在聯合索引前面，將重複值多的字段放在聯合索引後面，方便SQL在使用聯合索引時經過前面的字段快速過濾結果。可是在跳躍範圍掃描特性中，是遍歷前面字段的值，與後續字段的範圍查詢條件組合，進行範圍掃描查詢，那對於重複值少的字段會被拆分紅多個範圍掃描查詢，在實際使用過程當中並不必定會比索引全掃描效率更高。

因此我的以爲跳躍範圍掃描適用於聯合索引中前導列distinct值較少，後續字段選擇過濾性又比較好的場景，能更好的發揮跳躍範圍掃描的做用。