淺析mySQL多次查詢與關聯查詢效率問題


  引自高性能MySQL:

一、MySQL多表關聯查詢效率高點還是多次單表查詢效率高,為什么?

  A、B兩個表數據規模十幾萬,數據規模都不大,單機MySQL夠用了,在單機的基礎上要關聯兩表的數據。

  先說一個極端情況,A、B兩個表都沒有索引,並且關聯是笛卡爾積,那關聯結果會爆炸式增長,可能到億級別,這個時候網絡IO成了瓶頸,這個時候兩次十萬行結果集的拉取可能遠小於1次億級別的結果集的拉取。

  那么將關聯合並拉到 service 層做更快。

  但實際業務中一般不會有這么蠢的行為,一般關聯會有連接條件,並且連接條件上會有索引,一般是有一個結果集比較小,拿到這個結果集去另一張表去關聯出其它信息。

  如果放到service層去做,最快的方式是,先查A表,得到一個小的結果集,一次 rpc,再根據結果集,拼湊出B表的查詢條件,去B表查到一個結果集,再一次rpc,再把結果集拉回service層,再一次rpc,然后service層做合並。

  3次 rpc,如果用數據庫的 join,關聯結果拉回來,一次 rpc,幫你省了兩次 rpc,當然數據庫上做關聯更快,對應到數據庫就是一次 blk nested loop join,這是業務常用情況。

  但是確實大多數業務都會考慮把這種合並操作放到service層,我覺得有幾方面考慮:

  第一:單機數據庫計算資源很貴,數據庫同時要服務寫和讀,都需要消耗 CPU,為了能讓數據庫的吞吐變得更高,而業務又不在乎那幾百微妙到毫秒級的延時差距,業務會把更多計算放到 service 層做,畢竟計算資源很好水平擴展,數據庫很難啊,所以大多數業務會把純計算操作放到service層做,而將數據庫當成一種帶事務能力的 kv 系統來使用,這是一種重業務,輕DB的架構思路

  第二:很多復雜的業務可能會由於發展的歷史原因,一般不會只用一種數據庫,一般會在多個數據庫上加一層中間件,多個數據庫之間還能做毛的 join,自然業務會抽象出一個service層,降低對數據庫的耦合。

  第三:對於一些大型公司由於數據規模龐大,不得不對數據庫進行分庫分表,這個問題在《阿里為什么要禁用三表以上的join》上也有描述:對於分庫分表的應用,使用 join 也受到了很多限制,除非業務能夠很好的根據 sharding key 明確要 join 的兩個表在同一個物理庫中,而中間件一般對跨庫 join 都支持不好。

  舉一個很常見的業務例子,在分庫分表中,要同步更新兩個表,這兩個表位於不同的物理庫中,為了保證數據一致性,一種做法是通過分布式事務中間件將兩個更新操作放到一個事務中,但這樣的操作一般要加全局鎖,性能很捉急,而有些業務能夠容忍短暫的數據不一致,怎么做?讓它們分別更新唄,但是會存在數據寫失敗的問題,那就起個定時任務,掃描下A表有沒有失敗的行,然后看看B表是不是也沒寫成功,然后對這兩條關聯記錄做訂正,這個時候同樣沒法用join去實現,只能將數據拉到service層應用自己來合並了。

  補充一下:使用join未必效率全低,曾遇到的一個慢sql調優,為方便簡單寫:

// 步驟1
select tableA.id as ids from tableA where age>20; // 步驟二,使用上一步的查詢結果:
select tableB.score from tableB where id in (ids); // 這是一個很常見的查詢,步驟一和步驟二,相當於
select tableB.score from tableB  inner join tableA on tableA.id=tableB.id; // 這個效率誰高,看具體情況了。最后測試結果是inner join的效率高。

  為什么互聯網公司不讓使用join?

  第一:不利於寫操作。執行讀操作時,會鎖住被讀的數據,阻塞其他業務對該部分數據的更新操作(U or D)。如果涉及多個聚合函數(緩存中沒有max or min時),相當於同時鎖住多張表,不能進行讀寫,直接影響其他業務,這影響了系統的整體性能;

  第二,不利於維護。業務發生變動時,比如 join 中一張表改了,可能導致系統中原有的 sql 不可用,最終導致基於該 SQL 執行結果的上層顯示失敗(也意味着以往的開發工作已無效)。

  如果使用步驟一和步驟二的方式,只需要修改其中一個步驟就行。實際工作中,也就是只需要修改其中的一個service(對應一張表)即可。

  既影響性能,又不利於維護,所以我們盡量不要用 join。另外,阿里集團不讓用三張表,是在OLTP場景中,不要一葉障目哦,如果是在復雜分析型OLAP的應用場景中,使用 join 還是非常合適的。

  看實際場景:

1、OLTP 比較忌諱多個大表連表查詢,尤其是在未經特別優化的情況下,適當反范式設計可以減少連接查詢提高性能

2、OLAP 中大表多表連接查詢是不可避免的,除了優化索引,最佳實踐就是化整為零,分布計算,一次2-3張表查詢結果放入臨時表

二、《阿里巴巴JAVA開發手冊》里面寫超過三張表禁止join 這是為什么?

1、為什么做這種限制?

  打個比方,如果我有無限的錢,我想買個豪華別墅,想買個跑車,想買個直升飛機,那我可以隨便買隨便造;但現實是我沒錢,只能租房住,只能走路上下班。

  如果數據庫的性能無限強大,多個表的join肯定是需要的,尤其是復雜的分析型(OLAP)查詢,甚至可能涉及10幾個表的 join,但現實是大部分數據庫的性能都太弱了,尤其是涉及到多表 join 的查詢。

  規范一看就是在使用MySQL時的限制(這種規范實際上是迫不得已的限制),做這個限制有兩個原因:

  一是優化器很弱,涉及多個表的查詢,往往得不到很好的查詢計划,這塊比較復雜;

  二是執行器很弱,只有nested loop join,block nested loop join和index nested loop join。

  1)nested loop join 就是分別從兩個表讀一行數據進行兩兩對比,復雜度是n^2

  2)block nested loop join 是分別從兩個表讀很多行數據,然后進行兩兩對比,復雜度也是n^2,只是少了些函數調用等overhead

  3)index nested loop join 是從第一個表讀一行,然后在第二個表的索引中查找這個數據,索引是B+樹索引,復雜度可以近似認為是nlogn,比上面兩個好很多,這就是要保證關聯字段有索引的原因

  4)如果有hash join,就不用做這種限制了,用第一個表(小表)建hash table,第二個表在hash table中查找匹配的項,復雜度是n。缺點是hash table占的內存可能會比較大,不過也有基於磁盤的hash join,實現起來比較復雜。

2、在這種限制下SQL怎么寫?

  可是我確實需要兩個表里的數據鏈接在一起啊,我們可以做個冗余,建表的時候,就把這些列放在一個表里

  比如:一開始有 student(id, name),class(id, description),student_class(student_id, class_id)三張表,這樣是符合數據庫范式的(第一范式,第二范式,第三范式,BC范式等),沒有任何冗余,

  但是馬上就不符合“編程規范“了,那我們可以用一張大表代替它,student_class_full(student_id, class_id, name, description),這樣name和description可能要被存儲多份,但是由於不需要join了,查詢的性能就可以提高很多了。

  任何的規范都是在特定情況下的某種妥協,脫離了這個環境,就不一定成立了。


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