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MySQL 5.7 InnoDB COUNT(*)优化

MySQL 5.7 彭东稳 5年前 (2017-06-27) 19230次浏览 已收录 0个评论

一、背景

很多时候我们都会使用 count(*) 函数来统计表中的行数,但是,你会发现随着系统中记录数越来越多,这条语句执行得也会越来越慢。然后你可能就想了,MySQL 怎么这么笨啊,记个总数,每次要查的时候直接读出来,不就好了吗。

那么今天,我们就来聊聊 count(*) 语句到底是怎样实现的,以及 MySQL 为什么会这么实现。然后,我会再和你说说,如果应用中有这种频繁变更并需要统计表行数的需求,业务设计上可以怎么做。

你首先要明确的是,在不同的 MySQL 引擎中,count(*) 有不同的实现方式。

  • MyISAM 引擎把一个表的总行数存在了磁盘上,因此执行 count(*) 的时候会直接返回这个数,效率很高;
  • 而 InnoDB 引擎就麻烦了,它执行 count(*) 的时候,需要把数据一行一行地从引擎里面读出来,然后累积计数。

这里需要注意的是,我们这里讨论的是没有过滤条件的 count(*),如果加了 where 条件的话,MyISAM 表也是不能返回得这么快的。

那为什么 InnoDB 不跟 MyISAM 一样,也把数字存起来呢?

假设表中有 10000 条记录,我们设计了三个用户并行的会话。

Session A Session B Session C
begin;
select count(*) from t;
insert into t();
begin;
insert into t();
select count(*) from t;
(返回10000)
select count(*) from t;
(返回10002)
select count(*) from t;
(返回10001)

你会看到,在最后一个时刻,三个会话 A、B、C 会同时查询表 t 的总行数,但拿到的结果却不同。

这和 InnoDB 的事务设计有关系,可重复读是它默认的隔离级别,在代码上就是通过多版本并发控制,也就是 MVCC 来实现的。每一行记录都要判断自己是否对这个会话可见,因此对于 count(*) 请求来说,InnoDB 只好把数据一行一行地读出依次判断,可见的行才能够用于计算“基于这个查询”的表的总行数。

当然,现在这个看上去笨笨的 MySQL,在执行 count(*) 操作的时候还是做了优化的。

你知道的,InnoDB 是索引组织表,主键索引树的叶子节点是数据,而普通索引树的叶子节点是主键值。所以,普通索引树比主键索引树小很多。对于 count(*) 这样的操作,遍历哪个索引树得到的结果逻辑上都是一样的。因此,MySQL 优化器会找到最小的那棵树来遍历。在保证逻辑正确的前提下,尽量减少扫描的数据量,是数据库系统设计的通用法则之一。

如果你用过 show table status 命令的话,就会发现这个命令的输出结果里面也有一个 TABLE_ROWS 用于显示这个表当前有多少行,这个命令执行挺快的,那这个 TABLE_ROWS 能代替 count(*) 吗?我们知道索引统计的值是通过对页的采样来估算的。实际上,TABLE_ROWS 就是从这个采样估算得来的,因此它也很不准。有多不准呢,官方文档说误差可能达到 40% 到 50%。所以,show table status 命令显示的行数也不能直接使用。

到这里我们小结一下:

  • MyISAM 表虽然 count(*) 很快,但是不支持事务;
  • show table status 命令虽然返回很快,但是不准确;
  • InnoDB 表直接 count(*) 会遍历全表,虽然结果准确,但会导致性能问题。

二、MySQL 5.7 count(*)

在 MySQL 5.7 版本中,InnoDB 实现了新的 handler 的 records 接口函数,当你需要表上的精确记录个数时,会直接调用该函数进行计算。

实际上 records 接口函数是在优化阶段调用的,在满足一定条件时,直接去计算行级计数。其 explain 出来的结果相比老版本也有所不同,这里我们使用 sysbench 的 sbtest 表来进行测试,共200万行数据。

注意这里 Extra 里为”Select tables optimized away”,表示在优化器阶段已经被优化掉了。如果给 id 列带上条件的话,则回退到之前的逻辑。

WL#6742中,为 InnoDB 实现了 handler 的 records 函数接口。函数栈如下:

  • HA_HAS_RECORDS:引擎flag,表示是否可以把count(*)下推到引擎层
  • 总是使用聚集索引来进行计算行数
  • 只需要读取主键值,无需去读取外部存储列(row_prebuilt_t::read_just_key),如果行记录较大的话,就可以节省客观的诸如内存拷贝之类的操作开销
  • 计算过程可中断,每检索1000条记录,检查事务是否被中断
  • 由于只有一次引擎层的调用,减少了 Server 层和 InnoDB 的交互,避免了无谓的内存操作或格式转换
  • 对于分区表,在5.7版本已经下推到 InnoDB 层,因此分区表的计算方式(ha_innopart::records)是针对每个分区调用 ha_innobase::records,再将结果累加起来

由于总是强制使用聚集索引,缺点很明显:当二级索引的大小远小于聚集索引,且数据不在内存中时,使用二级索引显然要快些,因此文件 IO 更少。如下例:

默认情况下检索所有行(以下测试都是在清空buffer pool时进行的):

即时强制指定索引也没用:

但如果带上一个简单的条件,让 select count(*) 走索引 k_1,耗费的时间立马下降了….

个人认为这算是一个性能退化,退一步讲,如果用户知道 force index 能够走一个更好的索引来计算行数,优化器应该做出选择,而不是总是无条件选择聚集索引,提了个Bug到官方,在 MySQL 5.7.18 已经还原为原来的版本,原话如下:由于 MySQL 5.7.2 对 Count(*) 中引入了修改,导致在某些情况下,InnoDB 通过遍历聚集索引而不是较小的辅助索引来计算行数,因此性能有所倒退。在 MySQL 5.7.18 中修改被还原。

另外,从WL#6742还提到了一个尚未公布的WL#6605,从其只言片语中可以推断官方有意向实现即时获得行数:The next worklog, WL#6605, is intended to return the COUNT(*) through this handler::records() interface almost immediately in all conditions just by keeping track if the base committed count along with transaction deltas.

让我们继续对新版本保持期待吧 :)

二、MySQL 8.0 count(*)

MySQL 8.0.17 以及在未来的版本都取消了 sql_calc_found_rows 特性。相比 MySQL 5.7,8.0 对 count(*) 做了优化,没有必要在用第二种写法了。我们来看看 8.0 比 5.7 在此类查询是否真的有优化?

NOTE

用 MySQL 自带的 sql_calc_found_rows 特性来隐式计算

三、不同的 count 用法

经常看见 count(*)、count(主键id)、count(字段) 和 count(1) 等不同用法的性能,有哪些差别。上面谈到了 count(*) 的性能问题,下面详细说明一下这几种用法的性能差别。需要注意的是,下面的讨论还是基于 InnoDB 引擎的。

这里,首先你要弄清楚 count() 的语义。count() 是一个聚合函数,对于返回的结果集,一行行地判断,如果 count 函数的参数不是 NULL,累计值就加 1,否则不加。最后返回累计值。

所以,count(*)、count(主键id) 和 count(1) 都表示返回满足条件的结果集的总行数;而 count(字段),则表示返回满足条件的数据行里面,参数“字段”不为 NULL 的总个数。

至于分析性能差别的时候,你可以记住这么几个原则:

  1. server 层要什么就给什么;
  2. InnoDB 只给必要的值;
  3. 现在的优化器只优化了 count(*) 的语义为“取行数”,其他“显而易见”的优化并没有做。

这是什么意思呢?接下来,我们就一个个地来看看。

对于 count(主键id) 来说,InnoDB 引擎会遍历整张表,把每一行的 id 值都取出来,返回给 server 层。server 层拿到 id 后,判断是不可能为空的,就按行累加。另外,count(主键id)也是可以使用普通索引的。

对于 count(1) 来说,InnoDB 引擎遍历整张表,但不取值。server 层对于返回的每一行,放一个数字“1”进去,判断是不可能为空的,按行累加。

单看这两个用法的差别的话,你能对比出来,count(1) 执行得要比 count(主键id) 快。因为从引擎返回 id 会涉及到解析数据行,以及拷贝字段值的操作。

对于 count(字段) 来说,如果这个“字段”是定义为 not null 的话,一行行地从记录里面读出这个字段,判断不能为 null,按行累加;如果这个“字段”定义允许为 null,那么执行的时候,判断到有可能是 null,还要把值取出来再判断一下,不是 null 才累加。如果字段没有索引就要扫表了。

也就是前面的第一条原则,server 层要什么字段,InnoDB 就返回什么字段。

但是 count(*) 是例外,并不会把全部字段取出来,而是专门做了优化,不取值。count(*) 肯定不是 null,按行累加。

看到这里,你一定会说,优化器就不能自己判断一下吗,主键 id 肯定非空啊,为什么不能按照 count(*) 来处理,多么简单的优化啊。

当然,MySQL 专门针对这个语句进行优化,也不是不可以。但是这种需要专门优化的情况太多了,而且 MySQL 已经优化过 count(*) 了,你直接使用这种用法就可以了。

所以结论是:按照效率排序的话,count(字段)<count(主键id)<count(1)≈count(*),所以我建议你,尽量使用 count(*)。官方说明是 InnoDB 在处理 SELECT COUNT(*) 和 SELECT COUNT(1) 操作是相同的,不存在性能差异。

<转载>

MySQL 45讲实战

http://mysql.taobao.org/monthly/2016/06/10/

https://dev.mysql.com/doc/relnotes/mysql/5.7/en/news-5-7-18.html


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