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MySQL8.0之跳跃范围扫描

| 简介

跳跃范围扫描是MySQL在8.0.13版本新增加的用于提高性能的新特性，跳跃范围扫描可以使以前部分无法使用到联合索引的SQL利用联合索引进行查询，并且可以更高效的利用联合索引，这对于使用MySQL联合索引进行查询的应用意义重大。

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| 环境信息

  • MySQL版本：8.0.15

  • 操作系统版本：redhat-7.4

| 跳跃范围扫描

通过一个示例来解释跳跃范围扫描：

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)

在这个示例中， SELECT f1,f2 FROM t1 WHERE f2>40 在8.0.13版本之前是通过索引全扫描的方式来获取最终的结果集，因为SELECT查询的字段全部都是索引的组成部分。MySQL通过索引全扫描获取所有的行记录，然后通过 f2 > 40 这个条件过滤，最终筛选出结果集返回给客户端。 

众所周知，索引范围扫描的效率肯定是要高于索引全扫描的，在这个示例中，虽然查询条件是 f2 > 40 ，属于范围查询，但是WHERE条件中不包含 f1 字段的的条件，所以无法使用索引范围扫描的方式过滤数据。在MySQL-8.0.13版本增加的跳跃范围扫描特性，就是针对类似的场景的优化，跳跃范围扫描在这个示例中实际是针对每一个 f1 字段的值，进行了范围扫描，即进行了多次范围扫描。 
针对这个示例，具体的跳跃范围扫描过程如下：

  1. 获取联合索引中第一个字段 f1 的第一个值： f1 = 1

  2. 将获取到的值和WHERE条件中的 f2 的条件组合： f1 = 1 AND f2 > 40

  3. 执行这个范围扫描查询

  4. 获取联合索引中第一个字段 f1 的第二个值： f1 = 2

  5. 将获取到的值和WHERE条件中的 f2 的条件组合： f1 = 2 AND f2 > 40

  6. 执行这个范围扫描查询

  7. 将两次范围扫描查询的结果合并返回给客户端

跳跃范围扫描实际就是将一些全扫描的场景拆分成多个范围扫描，利用范围扫描的效率高于全扫描的效率，最终实现提高SQL效率。 

在这个示例中，比较有跳跃范围扫描特性的SQL执行计划以及没有跳跃范围扫描特性的SQL执行计划：

# 有跳跃范围扫描特性
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)
# 没有跳跃范围扫描特性
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)

通过执行计划可以看到,有跳跃范围扫描特性的查询扫描的行数更少且过滤性更高。

| 使用限制以及场景

下面来说说跳跃范围扫描使用一些限制以及场景：

  • 表上至少存在一个联合索引 ([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部分可以为空，但是B和C部分不能为空。A_1,A_2..等代表字段值

  • 只针对单表查询

  • 查询中不包含 GROUP BY 或者 DISTINCT

  • SELECT查询的字段全部被包含在索引组成部分，即符合覆盖索引规范

  • 前缀 A_1,A_2...A_k 部分必须是可以被相等的常量

  • 字段C上必须是一个范围条件，大于或大于等于，小于或小于等于

  • 允许在D字段上有过滤条件，但是必须和C上的范围条件一起使用

跳跃范围扫描默认是开启的，有两种方式可以关闭跳跃范围扫描特性：

  • 通过修改 optimizer_switcher 变量值，默认MySQL是将 optimizer_switcher 中的 skip_scan 设置为on的，可以通过将 skip_scan 设置为off关闭跳跃范围扫描

  • 通过Hint的方式关闭跳跃范围扫描特性： SELECT/*+ NO_SKIP_SCAN(t1 PRIMARY) */ f1, f2 FROM t1 WHERE f2 > 40;

对于使用了跳跃范围扫描特性的SQL，使用EXPLAIN查看其执行计划，可以看到：

  • 在执行计划输出的Extra一栏中有： Using index for skip scan

  • 在执行计划输出的possible_keys一栏中会显示可以使用到的索引

| 总结

跳跃范围扫描是对使用MySQL联合索引查询的SQL意义重大，能在使SQL查询效率更高，但是并不是使用到跳跃范围扫描就能代表SQL执行效率更高。在MySQL一些开发规范中，一般要求建立联合索引时将重复值少的字段放在联合索引前面，将重复值多的字段放在联合索引后面，方便SQL在使用联合索引时通过前面的字段快速过滤结果。但是在跳跃范围扫描特性中，是遍历前面字段的值，与后续字段的范围查询条件组合，进行范围扫描查询，那对于重复值少的字段会被拆分成多个范围扫描查询，在实际使用过程中并不一定会比索引全扫描效率更高。

所以个人觉得跳跃范围扫描适用于联合索引中前导列distinct值较少，后续字段选择过滤性又比较好的场景，能更好的发挥跳跃范围扫描的作用。

| 作者简介

沈 刚·沃趣科技数据库技术专家

熟悉MySQL数据库运行机制，丰富的数据库及复制架构故障诊断、性能调优、数据库备份恢复及迁移经验。


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