Mysql索引失效场景有哪些

2024-07-24 12:33:24

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供稿：网友

　　这篇文章主要介绍Mysql索引失效场景有哪些，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

　　数据库及索引准备
　　创建表结构

　　为了逐项验证索引的使用情况，我们先准备一张表t_user：

　　CREATE TABLE `t_user` (
　　 `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'ID',
　　 `id_no` varchar(18) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_bin DEFAULT NULL COMMENT '身份编号',
　　 `username` varchar(32) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_bin DEFAULT NULL COMMENT '用户名',
　　 `age` int(11) DEFAULT NULL COMMENT '年龄',
　　 `create_time` datetime DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
　　 PRIMARY KEY (`id`),
　　 KEY `union_idx` (`id_no`,`username`,`age`),
　　 KEY `create_time_idx` (`create_time`)
　　) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin;
　　在上述表结构中有三个索引：

　　id：为数据库主键；
　　union_idx：为id_no、username、age构成的联合索引；
　　create_time_idx：是由create_time构成的普通索引；
　　初始化数据

　　初始化数据分两部分：基础数据和批量导入数据。

　　基础数据insert了4条数据，其中第4条数据的创建时间为未来的时间，用于后续特殊场景的验证：

　　INSERT INTO `t_user` (`id`, `id_no`, `username`, `age`, `create_time`) VALUES (null, '1001', 'Tom1', 11, '2022-02-27 09:04:23');
　　INSERT INTO `t_user` (`id`, `id_no`, `username`, `age`, `create_time`) VALUES (null, '1002', 'Tom2', 12, '2022-02-26 09:04:23');
　　INSERT INTO `t_user` (`id`, `id_no`, `username`, `age`, `create_time`) VALUES (null, '1003', 'Tom3', 13, '2022-02-25 09:04:23');
　　INSERT INTO `t_user` (`id`, `id_no`, `username`, `age`, `create_time`) VALUES (null, '1004', 'Tom4', 14, '2023-02-25 09:04:23');
　　除了基础数据，还有一条存储过程及其调用的SQL，方便批量插入数据，用来验证数据比较多的场景：

　　-- 删除历史存储过程
　　DROP PROCEDURE IF EXISTS `insert_t_user`

　　-- 创建存储过程
　　delimiter $

　　CREATE PROCEDURE insert_t_user(IN limit_num int)
　　BEGIN
　　 DECLARE i INT DEFAULT 10;
　　    DECLARE id_no varchar(18) ;
　　    DECLARE username varchar(32) ;
　　    DECLARE age TINYINT DEFAULT 1;
　　    WHILE i < limit_num DO
　　        SET id_no = CONCAT("NO", i);
　　        SET username = CONCAT("Tom",i);
　　        SET age = FLOOR(10 + RAND()*2);
　　        INSERT INTO `t_user` VALUES (NULL, id_no, username, age, NOW());
　　        SET i = i + 1;
　　    END WHILE;

　　END $
　　-- 调用存储过程
　　call insert_t_user(100);
　　关于存储过程的创建和存储，可暂时不执行，当用到时再执行。

　　数据库版本及执行计划

　　查看当前数据库的版本：

　　select version();
　　8.0.18
　　上述为本人测试的数据库版本：8.0.18。当然，以下的所有示例，大家可在其他版本进行执行验证。

　　查看SQL语句执行计划，一般我们都采用explain关键字，通过执行结果来判断索引使用情况。

　　执行示例：

　　explain select * from t_user where id = 1;

　　可以看到上述SQL语句使用了主键索引（PRIMARY），key_len为4；

　　其中key_len的含义为：表示索引使用的字节数，根据这个值可以判断索引的使用情况，特别是在组合索引的时候，判断该索引有多少部分被使用到非常重要。

　　做好以上数据及知识的准备，下面就开始讲解具体索引失效的实例了。

　　1 联合索引不满足最左匹配原则
　　联合索引遵从最左匹配原则，顾名思义，在联合索引中，最左侧的字段优先匹配。因此，在创建联合索引时，where子句中使用最频繁的字段放在组合索引的最左侧。

　　而在查询时，要想让查询条件走索引，则需满足：最左边的字段要出现在查询条件中。

　　实例中，union_idx联合索引组成：

　　KEY `union_idx` (`id_no`,`username`,`age`)
　　最左边的字段为id_no，一般情况下，只要保证id_no出现在查询条件中，则会走该联合索引。

　　示例一：

　　explain select * from t_user where id_no = '1002';

　　通过explain执行结果可以看出，上述SQL语句走了union_idx这条索引。

　　这里再普及一下key_len的计算：

　　id_no 类型为varchar(18)，字符集为utf8mb4_bin，也就是使用4个字节来表示一个完整的UTF-8。此时，key_len = 18* 4 = 72；
　　由于该字段类型varchar为变长数据类型，需要再额外添加2个字节。此时，key_len = 72 + 2 = 74；
　　由于该字段运行为NULL（default NULL），需要再添加1个字节。此时，key_len = 74 + 1 = 75；
　　上面演示了key_len一种情况的计算过程，后续不再进行逐一推演，知道基本组成和原理即可，更多情况大家可自行查看。

　　示例二：

　　explain select * from t_user where id_no = '1002' and username = 'Tom2';

　　很显然，依旧走了union_idx索引，根据上面key_len的分析，大胆猜测，在使用索引时，不仅使用了id_no列，还使用了username列。

　　示例三：

　　explain select * from t_user where id_no = '1002' and age = 12;

　　走了union_idx索引，但跟示例一一样，只用到了id_no列。

　　当然，还有三列都在查询条件中的情况，就不再举例了。上面都是走索引的正向例子，也就是满足最左匹配原则的例子，下面来看看，不满足该原则的反向例子。

　　反向示例：

　　explain select * from t_user where username = 'Tom2' and age = 12;

　　此时，可以看到未走任何索引，也就是说索引失效了。

　　同样的，下面只要没出现最左条件的组合，索引也是失效的：

　　explain select * from t_user where age = 12;
　　explain select * from t_user where username = 'Tom2';
　　那么，第一种索引失效的场景就是：在联合索引的场景下，查询条件不满足最左匹配原则。

　　2 使用了select *
　　在《阿里巴巴开发手册》的ORM映射章节中有一条【强制】的规范：

　　【强制】在表查询中，一律不要使用 * 作为查询的字段列表，需要哪些字段必须明确写明。说明:1)增加查询分析器解析成本。2)增减字段容易与 resultMap 配置不一致。3)无用字段增加网络消耗，尤其是 text 类型的字段。

　　虽然在规范手册中没有提到索引方面的问题，但禁止使用select * 语句可能会带来的附带好处就是：某些情况下可以走覆盖索引。

　　比如，在上面的联合索引中，如果查询条件是age或username，当使用了select * ，肯定是不会走索引的。

　　但如果希望根据username查询出id_no、username、age这三个结果（均为索引字段），明确查询结果字段，是可以走覆盖索引的：

　　explain select id_no, username, age from t_user where username = 'Tom2';
　　explain select id_no, username, age from t_user where age = 12;

　　无论查询条件是username还是age，都走了索引，根据key_len可以看出使用了索引的所有列。

　　第二种索引失效场景：在联合索引下，尽量使用明确的查询列来趋向于走覆盖索引；

　　这一条不走索引的情况属于优化项，如果业务场景满足，则进来促使SQL语句走索引。至于阿里巴巴开发手册中的规范，只不过是两者撞到一起了，规范本身并不是为这条索引规则而定的。

　　3 索引列参与运算
　　直接来看示例：

　　explain select * from t_user where id + 1 = 2 ;

　　可以看到，即便id列有索引，由于进行了计算处理，导致无法正常走索引。

　　针对这种情况，其实不单单是索引的问题，还会增加数据库的计算负担。就以上述SQL语句为例，数据库需要全表扫描出所有的id字段值，然后对其计算，计算之后再与参数值进行比较。如果每次执行都经历上述步骤，性能损耗可想而知。

　　建议的使用方式是：先在内存中进行计算好预期的值，或者在SQL语句条件的右侧进行参数值的计算。

　　针对上述示例的优化如下：

　　-- 内存计算，得知要查询的id为1
　　explain select * from t_user where id = 1 ;
　　-- 参数侧计算
　　explain select * from t_user where id = 2 - 1 ;
　　第三种索引失效情况：索引列参与了运算，会导致全表扫描，索引失效。

　　4 索引列参使用了函数
　　示例：

　　explain select * from t_user where SUBSTR(id_no,1,3) = '100';
　　
　　上述示例中，索引列使用了函数（SUBSTR，字符串截取），导致索引失效。

　　此时，索引失效的原因与第三种情况一样，都是因为数据库要先进行全表扫描，获得数据之后再进行截取、计算，导致索引索引失效。同时，还伴随着性能问题。

　　示例中只列举了SUBSTR函数，像CONCAT等类似的函数，也都会出现类似的情况。解决方案可参考第三种场景，可考虑先通过内存计算或其他方式减少数据库来进行内容的处理。

　　第四种索引失效情况：索引列参与了函数处理，会导致全表扫描，索引失效。

　　5 错误的Like使用
　　示例：

　　explain select * from t_user where id_no like '%00%';
　
　　针对like的使用非常频繁，但使用不当往往会导致不走索引。常见的like使用方式有：

　　方式一：like '%abc'；
　　方式二：like 'abc%'；
　　方式三：like '%abc%'；
　　其中方式一和方式三，由于占位符出现在首部，导致无法走索引。这种情况不做索引的原因很容易理解，索引本身就相当于目录，从左到右逐个排序。而条件的左侧使用了占位符，导致无法按照正常的目录进行匹配，导致索引失效就很正常了。

　　第五种索引失效情况：模糊查询时（like语句），模糊匹配的占位符位于条件的首部。

　　6 类型隐式转换
　　示例：

　　explain select * from t_user where id_no = 1002;

　　id_no字段类型为varchar，但在SQL语句中使用了int类型，导致全表扫描。

　　出现索引失效的原因是：varchar和int是两个种不同的类型。

　　解决方案就是将参数1002添加上单引号或双引号。

　　第六种索引失效情况：参数类型与字段类型不匹配，导致类型发生了隐式转换，索引失效。

　　这种情况还有一个特例，如果字段类型为int类型，而查询条件添加了单引号或双引号，则Mysql会参数转化为int类型，虽然使用了单引号或双引号：

　　explain select * from t_user where id = '2';
　　上述语句是依旧会走索引的。

　　7、使用OR操作
　　OR是日常使用最多的操作关键字了，但使用不当，也会导致索引失效。

　　示例：

　　explain select * from t_user where id = 2 or username = 'Tom2';

　　看到上述执行结果是否是很惊奇啊，明明id字段是有索引的，由于使用or关键字，索引竟然失效了。

　　其实，换一个角度来想，如果单独使用username字段作为条件很显然是全表扫描，既然已经进行了全表扫描了，前面id的条件再走一次索引反而是浪费了。所以，在使用or关键字时，切记两个条件都要添加索引，否则会导致索引失效。

　　但如果or两边同时使用“>”和“<”，则索引也会失效：

　　explain select * from t_user where id > 1 or id < 80;

　　第七种索引失效情况：查询条件使用or关键字，其中一个字段没有创建索引，则会导致整个查询语句索引失效； or两边为“>”和“<”范围查询时，索引失效。

　　8 两列做比较
　　如果两个列数据都有索引，但在查询条件中对两列数据进行了对比操作，则会导致索引失效。

　　这里举个不恰当的示例，比如age小于id这样的两列（真实场景可能是两列同维度的数据比较，这里迁就现有表结构）：

　　explain select * from t_user where id > age;

　　这里虽然id有索引，age也可以创建索引，但当两列做比较时，索引还是会失效的。

　　第八种索引失效情况：两列数据做比较，即便两列都创建了索引，索引也会失效。

　　9 不等于比较
　　示例：

　　explain select * from t_user where id_no <> '1002';
　
　　当查询条件为字符串时，使用”<>“或”!=“作为条件查询，有可能不走索引，但也不全是。

　　explain select * from t_user where create_time != '2022-02-27 09:56:42';
　　上述SQL中，由于“2022-02-27 09:56:42”是存储过程在同一秒生成的，大量数据是这个时间。执行之后会发现，当查询结果集占比比较小时，会走索引，占比比较大时不会走索引。此处与结果集与总体的占比有关。

　　需要注意的是：上述语句如果是id进行不等操作，则正常走索引。

　　explain select * from t_user where id != 2;

　　第九种索引失效情况：查询条件使用不等进行比较时，需要慎重，普通索引会查询结果集占比较大时索引会失效。

　　10 is not null
　　示例：

　　explain select * from t_user where id_no is not null;

　　第十种索引失效情况：查询条件使用is null时正常走索引，使用is not null时，不走索引。

　　11 not in和not exists
　　在日常中使用比较多的范围查询有in、exists、not in、not exists、between and等。

　　explain select * from t_user where id in (2,3);

　　explain select * from t_user where id_no in ('1001','1002');

　　explain select * from t_user u1 where exists (select 1 from t_user u2 where u2.id = 2 and u2.id = u1.id);

　　explain select * from t_user where id_no between '1002' and '1003';
　　上述四种语句执行时都会正常走索引，具体的explain结果就不再展示。主要看不走索引的情况：

　　explain select * from t_user where id_no not in('1002' , '1003');

　　当使用not in时，不走索引？把条件列换成主键试试：

　　explain select * from t_user where id not in (2,3);

　　如果是主键，则正常走索引。

　　第十一种索引失效情况：查询条件使用not in时，如果是主键则走索引，如果是普通索引，则索引失效。

　　再来看看not exists：

　　explain select * from t_user u1 where not exists (select 1 from t_user u2 where u2.id = 2 and u2.id = u1.id);

　　当查询条件使用not exists时，不走索引。

　　第十二种索引失效情况：查询条件使用not exists时，索引失效。

　　12 order by导致索引失效
　　示例：

　　explain select * from t_user order by id_no ;

　　其实这种情况的索引失效很容易理解，毕竟需要对全表数据进行排序处理。

　　那么，添加删limit关键字是否就走索引了呢？

　　explain select * from t_user order by id_no limit 10;

　　结果依旧不走索引。在网络上看到有说如果order by条件满足最左匹配则会正常走索引，在当前8.0.18版本中并未出现。所以，在基于order by和limit进行使用时，要特别留意。是否走索引不仅涉及到数据库版本，还要看Mysql优化器是如何处理的。

　　这里还有一个特例，就是主键使用order by时，可以正常走索引。

　　explain select * from t_user order by id desc;

　　可以看出针对主键，还是order by可以正常走索引。

　　另外，笔者测试如下SQL语句：

　　explain select id from t_user order by age;
　　explain select id , username from t_user order by age;
　　explain select id_no from t_user order by id_no;
　　上述三条SQL语句都是走索引的，也就是说覆盖索引的场景也是可以正常走索引的。

　　现在将id和id_no组合起来进行order by：

　　explain select * from t_user order by id,id_no desc;
　　explain select * from t_user order by id,id_no desc limit 10;
　　explain select * from t_user order by id_no desc,username desc;

　　上述两个SQL语句，都未走索引。

　　第十三种索引失效情况：当查询条件涉及到order by、limit等条件时，是否走索引情况比较复杂，而且与Mysql版本有关，通常普通索引，如果未使用limit，则不会走索引。order by多个索引字段时，可能不会走索引。其他情况，建议在使用时进行expain验证。

　　13 参数不同导致索引失效
　　此时，如果你还未执行最开始创建的存储过程，建议你先执行一下存储过程，然后执行如下SQL：

　　explain select * from t_user where create_time > '2023-02-24 09:04:23';
　　其中，时间是未来的时间，确保能够查到数据。

　　可以看到，正常走索引。

　　随后，我们将查询条件的参数换个日期：

　　explain select * from t_user where create_time > '2022-02-27 09:04:23';
　　explain结果：

　　此时，进行了全表扫描。这也是最开始提到的奇怪的现象。

　　为什么同样的查询语句，只是查询的参数值不同，却会出现一个走索引，一个不走索引的情况呢？

　　答案很简单：上述索引失效是因为DBMS发现全表扫描比走索引效率更高，因此就放弃了走索引。

　　也就是说，当Mysql发现通过索引扫描的行记录数超过全表的10%-30%时，优化器可能会放弃走索引，自动变成全表扫描。某些场景下即便强制SQL语句走索引，也同样会失效。

　　类似的问题，在进行范围查询（比如>、< 、>=、<=、in等条件）时往往会出现上述情况，而上面提到的临界值根据场景不同也会有所不同。

　　第十四种索引失效情况：当查询条件为大于等于、in等范围查询时，根据查询结果占全表数据比例的不同，优化器有可能会放弃索引，进行全表扫描。

　　14 其他
　　当然，还有其他一些是否走索引的规则，这与索引的类型是B-tree索引还是位图索引也有关系，就不再详细展开。

　　这里要说的其他，可以总结为第十五种索引失效的情况：Mysql优化器的其他优化策略，比如优化器认为在某些情况下，全表扫描比走索引快，则它就会放弃索引。

　　针对这种情况，一般不用过多理会，当发现问题时再定点排查即可。

　　以上是“Mysql索引失效场景有哪些”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！

（编辑：武林网）

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