10 MySQL为什么有时候会选错索引？
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前面我们介绍过索引，你已经知道了在MySQL中一张表其实是可以支持多个索引的。但是，你写SQL语句的时候，并没有主动指定使用哪个索引。也就是说，使用哪个索引是由MySQL来确定的。
不知道你有没有碰到过这种情况，一条本来可以执行得很快的语句，却由于MySQL选错了索引，而导致执行速度变得很慢？
我们一起来看一个例子吧。
我们先建一个简单的表，表里有a、b两个字段，并分别建上索引：
然后，我们往表t中插入10万行记录，取值按整数递增，即：(1,1,1)，(2,2,2)，(3,3,3) 直到(100000,100000,100000)。
我是用存储过程来插入数据的，这里我贴出来方便你复现：
接下来，我们分析一条SQL语句：
你一定会说，这个语句还用分析吗，很简单呀，a上有索引，肯定是要使用索引a的。
你说得没错，图1显示的就是使用explain命令看到的这条语句的执行情况。
图1 使用explain命令查看语句执行情况
从图1看上去，这条查询语句的执行也确实符合预期，key这个字段值是’a’，表示优化器选择了索引a。
不过别急，这个案例不会这么简单。在我们已经准备好的包含了10万行数据的表上，我们再做如下操作。
图2 session A和session B的执行流程
这里，session A的操作你已经很熟悉了，它就是开启了一个事务。随后，session B把数据都删除后，又调用了 idata这个存储过程，插入了10万行数据。
这时候，session B的查询语句select * from t where a between 10000 and 20000就不会再选择索引a了。我们可以通过慢查询日志（slow log）来查看一下具体的执行情况。
为了说明优化器选择的结果是否正确，我增加了一个对照，即：使用force index(a)来让优化器强制使用索引a（这部分内容，我还会在这篇文章的后半部分中提到）。
下面的三条SQL语句，就是这个实验过程。
第一句，是将慢查询日志的阈值设置为0，表示这个线程接下来的语句都会被记录入慢查询日志中；
第二句，Q1是session B原来的查询；
第三句，Q2是加了force index(a)来和session B原来的查询语句执行情况对比。
如图3所示是这三条SQL语句执行完成后的慢查询日志。
图3 slow log结果
可以看到，Q1扫描了10万行，显然是走了全表扫描，执行时间是40毫秒。Q2扫描了10001行，执行了21毫秒。也就是说，我们在没有使用force index的时候，MySQL用错了索引，导致了更长的执行时间。
这个例子对应的是我们平常不断地删除历史数据和新增数据的场景。这时，MySQL竟然会选错索引，是不是有点奇怪呢？今天，我们就从这个奇怪的结果说起吧。
在第一篇文章中，我们就提到过，选择索引是优化器的工作。
而优化器选择索引的目的，是找到一个最优的执行方案，并用最小的代价去执行语句。在数据库里面，扫描行数是影响执行代价的因素之一。扫描的行数越少，意味着访问磁盘数据的次数越少，消耗的CPU资源越少。
当然，扫描行数并不是唯一的判断标准，优化器还会结合是否使用临时表、是否排序等因素进行综合判断。
我们这个简单的查询语句并没有涉及到临时表和排序，所以MySQL选错索引肯定是在判断扫描行数的时候出问题了。
那么，问题就是：扫描行数是怎么判断的？
MySQL在真正开始执行语句之前，并不能精确地知道满足这个条件的记录有多少条，而只能根据统计信息来估算记录数。
这个统计信息就是索引的“区分度”。显然，一个索引上不同的值越多，这个索引的区分度就越好。而一个索引上不同的值的个数，我们称之为“基数”（cardinality）。也就是说，这个基数越大，索引的区分度越好。
我们可以使用show index方法，看到一个索引的基数。如图4所示，就是表t的show index 的结果 。虽然这个表的每一行的三个字段值都是一样的，但是在统计信息中，这三个索引的基数值并不同，而且其实都不准确。
图4 表t的show index 结果
那么，MySQL是怎样得到索引的基数的呢？这里，我给你简单介绍一下MySQL采样统计的方法。
为什么要采样统计呢？因为把整张表取出来一行行统计，虽然可以得到精确的结果，但是代价太高了，所以只能选择“采样统计”。
采样统计的时候，InnoDB默认会选择N个数据页，统计这些页面上的不同值，得到一个平均值，然后乘以这个索引的页面数，就得到了这个索引的基数。
而数据表是会持续更新的，索引统计信息也不会固定不变。所以，当变更的数据行数超过1/M的时候，会自动触发重新做一次索引统计。
在MySQL中，有两种存储索引统计的方式，可以通过设置参数innodb_stats_persistent的值来选择：
设置为on的时候，表示统计信息会持久化存储。这时，默认的N是20，M是10。
设置为off的时候，表示统计信息只存储在内存中。这时，默认的N是8，M是16。
由于是采样统计，所以不管N是20还是8，这个基数都是很容易不准的。
但，这还不是全部。
你可以从图4中看到，这次的索引统计值（cardinality列）虽然不够精确，但大体上还是差不多的，选错索引一定还有别的原因。
其实索引统计只是一个输入，对于一个具体的语句来说，优化器还要判断，执行这个语句本身要扫描多少行。
接下来，我们再一起看看优化器预估的，这两个语句的扫描行数是多少。
图5 意外的explain结果
rows这个字段表示的是预计扫描行数。
其中，Q1的结果还是符合预期的，rows的值是104620；但是Q2的rows值是37116，偏差就大了。而图1中我们用explain命令看到的rows是只有10001行，是这个偏差误导了优化器的判断。
到这里，可能你的第一个疑问不是为什么不准，而是优化器为什么放着扫描37000行的执行计划不用，却选择了扫描行数是100000的执行计划呢？
这是因为，如果使用索引a，每次从索引a上拿到一个值，都要回到主键索引上查出整行数据，这个代价优化器也要算进去的。
而如果选择扫描10万行，是直接在主键索引上扫描的，没有额外的代价。
优化器会估算这两个选择的代价，从结果看来，优化器认为直接扫描主键索引更快。当然，从执行时间看来，这个选择并不是最优的。
使用普通索引需要把回表的代价算进去，在图1执行explain的时候，也考虑了这个策略的代价 ，但图1的选择是对的。也就是说，这个策略并没有问题。
所以冤有头债有主，MySQL选错索引，这件事儿还得归咎到没能准确地判断出扫描行数。至于为什么会得到错误的扫描行数，这个原因就作为课后问题，留给你去分析了。
既然是统计信息不对，那就修正。analyze table t 命令，可以用来重新统计索引信息。我们来看一下执行效果。
图6 执行analyze table t 命令恢复的explain结果
这回对了。
所以在实践中，如果你发现explain的结果预估的rows值跟实际情况差距比较大，可以采用这个方法来处理。
其实，如果只是索引统计不准确，通过analyze命令可以解决很多问题，但是前面我们说了，优化器可不止是看扫描行数。
依然是基于这个表t，我们看看另外一个语句：
从条件上看，这个查询没有符合条件的记录，因此会返回空集合。
在开始执行这条语句之前，你可以先设想一下，如果你来选择索引，会选择哪一个呢？
为了便于分析，我们先来看一下a、b这两个索引的结构图。
图7 a、b索引的结构图
如果使用索引a进行查询，那么就是扫描索引a的前1000个值，然后取到对应的id，再到主键索引上去查出每一行，然后根据字段b来过滤。显然这样需要扫描1000行。
如果使用索引b进行查询，那么就是扫描索引b的最后50001个值，与上面的执行过程相同，也是需要回到主键索引上取值再判断，所以需要扫描50001行。
所以你一定会想，如果使用索引a的话，执行速度明显会快很多。那么，下面我们就来看看到底是不是这么一回事儿。
图8是执行explain的结果。
图8 使用explain方法查看执行计划 2
可以看到，返回结果中key字段显示，这次优化器选择了索引b，而rows字段显示需要扫描的行数是50198。
从这个结果中，你可以得到两个结论：
扫描行数的估计值依然不准确；
这个例子里MySQL又选错了索引。
其实大多数时候优化器都能找到正确的索引，但偶尔你还是会碰到我们上面举例的这两种情况：原本可以执行得很快的SQL语句，执行速度却比你预期的慢很多，你应该怎么办呢？
一种方法是，像我们第一个例子一样，采用force index强行选择一个索引。MySQL会根据词法解析的结果分析出可能可以使用的索引作为候选项，然后在候选列表中依次判断每个索引需要扫描多少行。如果force index指定的索引在候选索引列表中，就直接选择这个索引，不再评估其他索引的执行代价。
我们来看看第二个例子。刚开始分析时，我们认为选择索引a会更好。现在，我们就来看看执行效果：
图9 使用不同索引的语句执行耗时
可以看到，原本语句需要执行2.23秒，而当你使用force index(a)的时候，只用了0.05秒，比优化器的选择快了40多倍。
也就是说，优化器没有选择正确的索引，force index起到了“矫正”的作用。
不过很多程序员不喜欢使用force index，一来这么写不优美，二来如果索引改了名字，这个语句也得改，显得很麻烦。而且如果以后迁移到别的数据库的话，这个语法还可能会不兼容。
但其实使用force index最主要的问题还是变更的及时性。因为选错索引的情况还是比较少出现的，所以开发的时候通常不会先写上force index。而是等到线上出现问题的时候，你才会再去修改SQL语句、加上force index。但是修改之后还要测试和发布，对于生产系统来说，这个过程不够敏捷。
所以，数据库的问题最好还是在数据库内部来解决。那么，在数据库里面该怎样解决呢？
既然优化器放弃了使用索引a，说明a还不够合适，所以第二种方法就是，我们可以考虑修改语句，引导MySQL使用我们期望的索引。比如，在这个例子里，显然把“order by b limit 1” 改成 “order by b,a limit 1” ，语义的逻辑是相同的。
我们来看看改之后的效果：
图10 order by b,a limit 1 执行结果
之前优化器选择使用索引b，是因为它认为使用索引b可以避免排序（b本身是索引，已经是有序的了，如果选择索引b的话，不需要再做排序，只需要遍历），所以即使扫描行数多，也判定为代价更小。
现在order by b,a 这种写法，要求按照b,a排序，就意味着使用这两个索引都需要排序。因此，扫描行数成了影响决策的主要条件，于是此时优化器选了只需要扫描1000行的索引a。
当然，这种修改并不是通用的优化手段，只是刚好在这个语句里面有limit 1，因此如果有满足条件的记录， order by b limit 1和order by b,a limit 1 都会返回b是最小的那一行，逻辑上一致，才可以这么做。
如果你觉得修改语义这件事儿不太好，这里还有一种改法，图11是执行效果。
图11 改写SQL的explain
在这个例子里，我们用limit 100让优化器意识到，使用b索引代价是很高的。其实是我们根据数据特征诱导了一下优化器，也不具备通用性。
第三种方法是，在有些场景下，我们可以新建一个更合适的索引，来提供给优化器做选择，或删掉误用的索引。
不过，在这个例子中，我没有找到通过新增索引来改变优化器行为的方法。这种情况其实比较少，尤其是经过DBA索引优化过的库，再碰到这个bug，找到一个更合适的索引一般比较难。
如果我说还有一个方法是删掉索引b，你可能会觉得好笑。但实际上我碰到过两次这样的例子，最终是DBA跟业务开发沟通后，发现这个优化器错误选择的索引其实根本没有必要存在，于是就删掉了这个索引，优化器也就重新选择到了正确的索引。
今天我们一起聊了聊索引统计的更新机制，并提到了优化器存在选错索引的可能性。
对于由于索引统计信息不准确导致的问题，你可以用analyze table来解决。
而对于其他优化器误判的情况，你可以在应用端用force index来强行指定索引，也可以通过修改语句来引导优化器，还可以通过增加或者删除索引来绕过这个问题。
你可能会说，今天这篇文章后面的几个例子，怎么都没有展开说明其原理。我要告诉你的是，今天的话题，我们面对的是MySQL的bug，每一个展开都必须深入到一行行代码去量化，实在不是我们在这里应该做的事情。
所以，我把我用过的解决方法跟你分享，希望你在碰到类似情况的时候，能够有一些思路。
你平时在处理MySQL优化器bug的时候有什么别的方法，也发到评论区分享一下吧。
最后，我给你留下一个思考题。前面我们在构造第一个例子的过程中，通过session A的配合，让session B删除数据后又重新插入了一遍数据，然后就发现explain结果中，rows字段从10001变成37000多。
而如果没有session A的配合，只是单独执行delete from t 、call idata()、explain这三句话，会看到rows字段其实还是10000左右。你可以自己验证一下这个结果。
这是什么原因呢？也请你分析一下吧。
你可以把你的分析结论写在留言区里，我会在下一篇文章的末尾和你讨论这个问题。感谢你的收听，也欢迎你把这篇文章分享给更多的朋友一起阅读。
我在上一篇文章最后留给你的问题是，如果某次写入使用了change buffer机制，之后主机异常重启，是否会丢失change buffer和数据。
这个问题的答案是不会丢失，留言区的很多同学都回答对了。虽然是只更新内存，但是在事务提交的时候，我们把change buffer的操作也记录到redo log里了，所以崩溃恢复的时候，change buffer也能找回来。
在评论区有同学问到，merge的过程是否会把数据直接写回磁盘，这是个好问题。这里，我再为你分析一下。
merge的执行流程是这样的：
从磁盘读入数据页到内存（老版本的数据页）；
从change buffer里找出这个数据页的change buffer 记录(可能有多个），依次应用，得到新版数据页；
写redo log。这个redo log包含了数据的变更和change buffer的变更。
到这里merge过程就结束了。这时候，数据页和内存中change buffer对应的磁盘位置都还没有修改，属于脏页，之后各自刷回自己的物理数据，就是另外一个过程了。
评论区留言点赞板：
@某、人 把02篇的redo log更新细节和change buffer的更新串了起来； @Ivan 回复了其他同学的问题，并联系到Checkpoint机制； @约书亚 问到了merge和redolog的关系。
