背景

利用索引避免排序代价

写在前面
本文来自以下链接的摘录，https://www.cnblogs.com/cchust/p/5304594.html,5.7.26下场景不会重现，原作者可能使用的是5.6.16。
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Order by语句，Group by语句，Distinct语句都会隐含使用排序

索引使用

假设t1表存在索引key1(key_part1,key_part2),key2(key2)

可以利用索引避免排序的SQL

SELECT * FROM t1 ORDER BY key_part1,key_part2;
SELECT * FROM t1 WHERE key_part1 = constant ORDER BY key_part2;
SELECT * FROM t1 WHERE key_part1 > constant ORDER BY key_part1 ASC;
SELECT * FROM t1 WHERE key_part1 = constant1 AND key_part2 > constant2 
ORDER BY key_part2;

不能利用索引避免排序的SQL

排序字段在多个索引中，无法使用索引排序
SELECT * FROM t1 ORDER BY key_part1,key_part2, key2;
 
排序键顺序与索引中列顺序不一致，无法使用索引排序
SELECT * FROM t1 ORDER BY key_part2, key_part1;
 
升降序不一致，无法使用索引排序
SELECT * FROM t1 ORDER BY key_part1 DESC, key_part2 ASC;
 
key_part1是范围查询，key_part2无法使用索引排序
SELECT * FROM t1 WHERE key_part1> constant ORDER BY key_part2;

排序实现的算法

不能利用索引避免排序的SQL,此时SQL的执行计划中会出现“Using filesort”

需要注意的是filesort并不意味着就是文件排序，也可能是内存排序，这个主要由sort_buffer_size参数与结果集大小确定。

MySQL内部实现排序主要有3种方式，常规排序，优化排序和优先队列排序，主要涉及3种排序算法：快速排序、归并排序和堆排序。

假设表结构和SQL语句如下：

CREATE TABLE t1(id int, col1 varchar(64), col2 varchar(64), col3 varchar(64),
PRIMARY KEY(id),key(col1,col2));

SELECT col1,col2,col3 FROM t1 WHERE col1>100 ORDER BY col2;
(补充，where条件和order by 列名不一致,属于无法使用联合索引的情况)

常规排序

(1).从表t1中获取满足WHERE条件的记录
(2).对于每条记录，将记录的主键+排序键(id,col2)取出放入`sort buffer`
(3).如果sort buffer可以存放所有满足条件的(id,col2)对，则进行排序；否则sort buffer满后，
	进行排序并固化到临时文件中。(排序算法采用的是'快速排序算法')
(4).若排序中产生了临时文件，需要利用'归并排序算法'，保证临时文件中记录是有序的
(5).循环执行上述过程，直到所有满足条件的记录全部参与排序
(6).扫描排好序的(id,col2)对，并`利用id去捞取SELECT需要返回的列`(col1,col2,col3)
(7).将获取的结果集返回给用户。

从上述流程来看，是否使用文件排序主要看sort buffer是否能容下需要排序的(id,col2)对，
这个buffer的大小由sort_buffer_size参数控制。
此外一次排序需要两次IO，一次是捞(id,col2),第二次是捞(col1,col2,col3)，由于返回的结果集是按col2排序，因此id是乱序的，通过乱序的id去捞(col1,col2,col3)时会产生大量的随机IO。对于第二次MySQL本身一个优化，即在捞之前首先将id排序，并放入缓冲区，这个缓存区大小由参数read_rnd_buffer_size控制，然后有序去捞记录，将随机IO转为顺序IO。

优化排序

常规排序方式除了排序本身，还需要额外两次IO。优化的排序方式相对于常规排序，减少了第二次IO。主要区别在于，放入sort buffer不是(id,col2),而是(col1,col2,col3)。由于sort buffer中包含了查询需要的所有字段，因此排序完成后可以直接返回，无需二次捞数据。这种方式的代价在于，同样大小的sort buffer，能存放的(col1,col2,col3)数目要小于(id,col2)，如果sort buffer不够大，可能导致需要写临时文件，造成额外的IO。当然MySQL提供了参数max_length_for_sort_data，只有当排序元组小于max_length_for_sort_data时，才能利用优化排序方式，否则只能用常规排序方式。

优先队列排序

为了得到最终的排序结果，无论怎样，我们都需要将所有满足条件的记录进行排序才能返回。那么相对于优化排序方式，是否还有优化空间呢？5.6版本针对Order by limit M，N语句，在空间层面做了优化，加入了一种新的排序方式–优先队列，这种方式采用堆排序实现。堆排序算法特征正好可以解limit M，N 这类排序的问题，虽然仍然需要所有元素参与排序，但是只需要M+N个元组的sort buffer空间即可，对于M，N很小的场景，基本不会因为sort buffer不够而导致需要临时文件进行归并排序的问题。对于升序，采用大顶堆，最终堆中的元素组成了最小的N个元素，对于降序，采用小顶堆，最终堆中的元素组成了最大的N的元素。

排序不一致问题

案例1 Mysql从5.5迁移到5.6以后，发现分页出现了重复值。

测试表与数据：
create table t1(id int primary key, c1 int, c2 varchar(128));
insert into t1 values(1,1,'a');
insert into t1 values(2,2,'b');
insert into t1 values(3,2,'c');
insert into t1 values(4,2,'d');
insert into t1 values(5,3,'e');
insert into t1 values(6,4,'f');
insert into t1 values(7,5,'g');

只有5.6版本会出现以下情况。假设每页3条记录，第一页limit 0,3和第二页limit 3,3查询结果如下：

select * from t1 order by c1 asc limit 0,3;
select * from t1 order by c1 asc limit 3,3;

我们可以看到 id为4的这条记录居然同时出现在两次查询中，这明显是不符合预期的，而且在5.5版本中没有这个问题。产生这个现象的原因就是5.6针对limit M,N的语句采用了优先队列，而优先队列采用堆实现，比如上述的例子order by c1 asc limit 0，3 需要采用大小为3的大顶堆；limit 3，3需要采用大小为6的大顶堆。由于c1为2的记录有3条，而堆排序是非稳定的(对于相同的key值，无法保证排序后与排序前的位置一致)，所以导致分页重复的现象。为了避免这个问题，我们可以在排序中加上唯一值，比如主键id，这样由于id是唯一的，确保参与排序的key值不相同。将SQL写成如下：

select * from t1 order by c1,id asc limit 0,3;
select * from t1 order by c1,id asc limit 3,3;

案例2 两个类似的查询语句，除了返回列不同，其它都相同，但排序的结果不一致。

测试表与数据：
create table t2(id int primary key, status int, c1 varchar(255),c2 varchar(255),c3 varchar(255),key(c1));
insert into t2 values(7,1,'a',repeat('a',255),repeat('a',255));
insert into t2 values(6,2,'b',repeat('a',255),repeat('a',255));
insert into t2 values(5,2,'c',repeat('a',255),repeat('a',255));
insert into t2 values(4,2,'a',repeat('a',255),repeat('a',255));
insert into t2 values(3,3,'b',repeat('a',255),repeat('a',255));
insert into t2 values(2,4,'c',repeat('a',255),repeat('a',255));
insert into t2 values(1,5,'a',repeat('a',255),repeat('a',255));

分别执行SQL语句：

select id,status,c1,c2 from t2 force index(c1) where c1>='b' order by status;
select id,status from t2 force index(c1) where c1>='b' order by status;

执行结果如下：5.7.26是查询结果是一样的，原作者可能使用的是5.6.16

看看两者的执行计划是否相同

5.7.26的测试环境下数据

为了说明问题，我在语句中加了force index的hint，确保能走上c1列索引。语句通过c1列索引捞取id，然后去表中捞取返回的列。根据c1列值的大小，记录在c1索引中的相对位置如下：
(c1,id)===(b,6),(b,3),(5,c),(c,2)，对应的status值分别为2 3 2 4。从表中捞取数据并按status排序，则相对位置变为(6,2,b),(5,2,c),(3,3,c),(2,4,c)，这就是第二条语句查询返回的结果，那么为什么第一条查询语句(6,2,b),(5,2,c)是调换顺序的呢？这里要看我之前提到的a.常规排序和b.优化排序中标红的部分，就可以明白原因了。由于第一条查询返回的列的字节数超过了max_length_for_sort_data，导致排序采用的是常规排序，而在这种情况下MYSQL将rowid排序，将随机IO转为顺序IO，所以返回的是5在前，6在后；而第二条查询采用的是优化排序，没有第二次捞取数据的过程，保持了排序后记录的相对位置。对于第一条语句，若想采用优化排序，我们将max_length_for_sort_data设置调大即可，比如2048。

以上原文链接https://www.cnblogs.com/cchust/p/5304594.html
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