MySQL索引与Index Condition Pushdown

实验

先从一个简单的实验开始直观认识ICP的作用。

安装数据库

首先需要安装一个支持ICP的MariaDB或MySQL数据库。我使用的是MariaDB 5.5.34,如果是使用MySQL则需要5.6版本以上。

Mac环境下可以通过brew安装:

  1. brew install mairadb

其它环境下的安装请参考MariaDB官网关于下载安装的文档

导入示例数据

与前文一样,我们使用Employees Sample Database,作为示例数据库。完整示例数据库的下载地址为:https://launchpad.net/test-db/employees-db-1/1.0.6/+download/employees_db-full-1.0.6.tar.bz2

将下载的压缩包解压后,会看到一系列的文件,其中employees.sql就是导入数据的命令文件。执行

  1. mysql -h[host]-u[user]-p < employees.sql

就可以完成建库、建表和load数据等一系列操作。此时数据库中会多一个叫做employees的数据库。库中的表如下:

  1. MariaDB[employees]> SHOW TABLES;
  2. +---------------------+
  3. |Tables_in_employees|
  4. +---------------------+
  5. | departments |
  6. | dept_emp |
  7. | dept_manager |
  8. | employees |
  9. | salaries |
  10. | titles |
  11. +---------------------+
  12. 6 rows inset(0.00 sec)

我们将使用employees表做实验。

建立联合索引

employees表包含雇员的基本信息,表结构如下:

  1. MariaDB[employees]> DESC employees.employees;
  2. +------------+---------------+------+-----+---------+-------+
  3. |Field|Type|Null|Key|Default|Extra|
  4. +------------+---------------+------+-----+---------+-------+
  5. | emp_no |int(11)| NO | PRI | NULL ||
  6. | birth_date | date | NO || NULL ||
  7. | first_name | varchar(14)| NO || NULL ||
  8. | last_name | varchar(16)| NO || NULL ||
  9. | gender |enum(‘M‘,‘F‘)| NO || NULL ||
  10. | hire_date | date | NO || NULL ||
  11. +------------+---------------+------+-----+---------+-------+
  12. 6 rows inset(0.01 sec)

这个表默认只有一个主索引,因为ICP只能作用于二级索引,所以我们建立一个二级索引:

  1. ALTER TABLE employees.employees ADD INDEX first_name_last_name (first_name, last_name);

这样就建立了一个first_name和last_name的联合索引。

查询

为了明确看到查询性能,我们启用profiling并关闭query cache:

  1. SET profiling =1;
  2. SET query_cache_type =0;
  3. SET GLOBAL query_cache_size =0;

然后我们看下面这个查询:

  1. MariaDB[employees]> SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘;
  2. +--------+------------+------------+-----------+--------+------------+
  3. | emp_no | birth_date | first_name | last_name | gender | hire_date |
  4. +--------+------------+------------+-----------+--------+------------+
  5. |254642|1959-01-17|Mary|Botman| M |1989-11-24|
  6. |471495|1960-09-24|Mary|Dymetman| M |1988-06-09|
  7. |211941|1962-08-11|Mary|Hofman| M |1993-12-30|
  8. |217707|1962-09-05|Mary|Lichtman| F |1987-11-20|
  9. |486361|1957-10-15|Mary|Oberman| M |1988-09-06|
  10. |457469|1959-07-15|Mary|Weedman| M |1996-11-21|
  11. +--------+------------+------------+-----------+--------+------------+

根据MySQL索引的前缀匹配原则,两者对索引的使用是一致的,即只有first_name采用索引,last_name由于使用了模糊前缀,没法使用索引进行匹配。我将查询联系执行三次,结果如下:

  1. +----------+------------+---------------------------------------------------------------------------+
  2. |Query_ID|Duration|Query|
  3. +----------+------------+---------------------------------------------------------------------------+
  4. |38|0.00084400| SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘|
  5. |39|0.00071800| SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘|
  6. |40|0.00089600| SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘|
  7. +----------+------------+---------------------------------------------------------------------------+

然后我们关闭ICP:

  1. SET optimizer_switch=‘index_condition_pushdown=off‘;

在运行三次相同的查询,结果如下:

  1. +----------+------------+---------------------------------------------------------------------------+
  2. |Query_ID|Duration|Query|
  3. +----------+------------+---------------------------------------------------------------------------+
  4. |42|0.00264400| SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘|
  5. |43|0.01418900| SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘|
  6. |44|0.00234200| SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘|
  7. +----------+------------+---------------------------------------------------------------------------+

有意思的事情发生了,关闭ICP后,同样的查询,耗时是之前的三倍以上。下面我们用explain看看两者有什么区别:

  1. MariaDB[employees]> EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘;
  2. +------+-------------+-----------+------+----------------------+----------------------+---------+-------+------+-----------------------+
  3. | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len |ref| rows |Extra|
  4. +------+-------------+-----------+------+----------------------+----------------------+---------+-------+------+-----------------------+
  5. |1| SIMPLE | employees |ref| first_name_last_name | first_name_last_name |44|const|224|Using index condition |
  6. +------+-------------+-----------+------+----------------------+----------------------+---------+-------+------+-----------------------+
  7. 1 row inset(0.00 sec)
  1. MariaDB[employees]> EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE first_name=‘Mary‘ AND last_name LIKE ‘%man‘;
  2. +------+-------------+-----------+------+----------------------+----------------------+---------+-------+------+-------------+
  3. | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len |ref| rows |Extra|
  4. +------+-------------+-----------+------+----------------------+----------------------+---------+-------+------+-------------+
  5. |1| SIMPLE | employees |ref| first_name_last_name | first_name_last_name |44|const|224|Usingwhere|
  6. +------+-------------+-----------+------+----------------------+----------------------+---------+-------+------+-------------+
  7. 1 row inset(0.00 sec)

前者是开启ICP,后者是关闭ICP。可以看到区别在于Extra,开启ICP时,用的是Using index condition;关闭ICP时,是Using where。

其中Using index condition就是ICP提高查询性能的关键。下一节说明ICP提高查询性能的原理。

原理

ICP的原理简单说来就是将可以利用索引筛选的where条件在存储引擎一侧进行筛选,而不是将所有index access的结果取出放在server端进行where筛选。

以上面的查询为例,在没有ICP时,首先通过索引前缀从存储引擎中读出224条first_name为Mary的记录,然后在server段用where筛选last_name的like条件;而启用ICP后,由于last_name的like筛选可以通过索引字段进行,那么存储引擎内部通过索引与where条件的对比来筛选掉不符合where条件的记录,这个过程不需要读出整条记录,同时只返回给server筛选后的6条记录,因此提高了查询性能。

下面通过图两种查询的原理详细解释。

关闭ICP

在不支持ICP的系统下,索引仅仅作为data access使用。

开启ICP

在ICP优化开启时,在存储引擎端首先用索引过滤可以过滤的where条件,然后再用索引做data access,被index condition过滤掉的数据不必读取,也不会返回server端。

注意事项

有几个关于ICP的事情要注意:

  • ICP只能用于二级索引,不能用于主索引。
  • 也不是全部where条件都可以用ICP筛选,如果某where条件的字段不在索引中,当然还是要读取整条记录做筛选,在这种情况下,仍然要到server端做where筛选。
  • ICP的加速效果取决于在存储引擎内通过ICP筛选掉的数据的比例。

参考

[1] https://mariadb.com/kb/en/index-condition-pushdown/

[2] http://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/index-condition-pushdown-optimization.html

MySQL索引与Index Condition Pushdown,古老的榕树,5-wow.com

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