MySQL 千万数据库深分页查询优化，拒绝线上故障！

文章首发在公众号（龙台的技术笔记），之后同步到自由互联和个人网站：xiaomage.info

优化项目代码过程中发现一个千万级数据深分页问题，缘由是这样的

库里有一张耗材 MCS_PROD 表，通过同步外部数据中台多维度数据，在系统内部组装为单一耗材产品，最终同步到 ES 搜索引擎

MySQL 同步 ES 流程如下：

1. 通过定时任务的形式触发同步，比如间隔半天或一天的时间频率
2. 同步的形式为增量同步，根据更新时间的机制，比如第一次同步查询 >= 1970-01-01 00:00:00.0
3. 记录最大的更新时间进行存储，下次更新同步以此为条件
4. 以分页的形式获取数据，当前页数量加一，循环到最后一页

在这里问题也就出现了，MySQL 查询分页 OFFSET 越深入，性能越差，初步估计线上 MCS_PROD 表中记录在 1000w 左右

如果按照每页 10 条，OFFSET 值会拖垮查询性能，进而形成一个 "性能深渊"

同步类代码针对此问题有两种优化方式：

1. 采用游标、流式方案进行优化
2. 优化深分页性能，文章围绕这个题目展开

文章目录如下：

• 软硬件说明
• 重新认识 MySQL 分页
• 深分页优化
  • 子查询优化
  • 延迟关联
  • 书签记录
• ORDER BY 巨坑，慎踩
  • ORDER BY 索引失效举例
• 结言

软硬件说明

MySQL VERSION

mysql> select version();
+-----------+
| version() |
+-----------+
| 5.7.30    |
+-----------+
1 row in set (0.01 sec)

表结构说明

借鉴公司表结构，字段、长度以及名称均已删减

mysql> DESC MCS_PROD;
+-----------------------+--------------+------+-----+---------+----------------+
| Field                 | Type         | Null | Key | Default | Extra          |
+-----------------------+--------------+------+-----+---------+----------------+
| MCS_PROD_ID           | int(11)      | NO   | PRI | NULL    | auto_increment |
| MCS_CODE              | varchar(100) | YES  |     |         |                |
| MCS_NAME              | varchar(500) | YES  |     |         |                |
| UPDT_TIME             | datetime     | NO   | MUL | NULL    |                |
+-----------------------+--------------+------+-----+---------+----------------+
4 rows in set (0.01 sec)

通过测试同学帮忙造了 500w 左右数据量

mysql> SELECT COUNT(*) FROM MCS_PROD;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|  5100000 |
+----------+
1 row in set (1.43 sec)

SQL 语句如下

因为功能需要满足 增量拉取的方式，所以会有数据更新时间的条件查询，以及相关 查询排序（此处有坑）

SELECT
	MCS_PROD_ID,
	MCS_CODE,
	MCS_NAME,
	UPDT_TIME
FROM
	MCS_PROD
WHERE
	UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0' ORDER BY UPDT_TIME
LIMIT xx, xx

重新认识 MySQL 分页

LIMIT 子句可以被用于强制 SELECT 语句返回指定的记录数。LIMIT 接收一个或两个数字参数，参数必须是一个整数常量

如果给定两个参数，第一个参数指定第一个返回记录行的偏移量，第二个参数指定返回记录行的最大数

举个简单的例子，分析下 SQL 查询过程，掌握深分页性能为什么差

mysql> SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD WHERE (UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0') ORDER BY UPDT_TIME LIMIT 100000, 1;
+-------------+-------------------------+------------------+---------------------+
| MCS_PROD_ID | MCS_CODE                | MCS_NAME         | UPDT_TIME           |
+-------------+-------------------------+------------------+---------------------+
|      181789 | XA601709733186213015031 | 尺、桡骨LC-DCP骨板 | 2020-10-19 16:22:19 |
+-------------+-------------------------+------------------+---------------------+
1 row in set (3.66 sec)

mysql> EXPLAIN SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD WHERE (UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0') ORDER BY UPDT_TIME LIMIT 100000, 1;
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+-----------------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys | key        | key_len | ref  | rows    | filtered | Extra                 |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+-----------------------+
|  1 | SIMPLE      | MCS_PROD | NULL       | range | MCS_PROD_1    | MCS_PROD_1 | 5       | NULL | 2296653 |   100.00 | Using index condition |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+-----------------------+
1 row in set, 1 warning (0.01 sec)

简单说明下上面 SQL 执行过程：

1. 首先查询了表 MCS_PROD，进行过滤 UPDT_TIME 条件，查询出展示列（涉及回表操作）进行排序以及 LIMIT
2. LIMIT 100000, 1 的意思是扫描满足条件的 100001 行，然后扔掉前 100000 行

MySQL 耗费了 大量随机 I/O 在回表查询聚簇索引的数据上，而这 100000 次随机 I/O 查询数据不会出现在结果集中

如果系统并发量稍微高一点，每次查询扫描超过 100000 行，性能肯定堪忧，另外 LIMIT 分页 OFFSET 越深，性能越差（多次强调）

深分页优化

关于 MySQL 深分页优化常见的大概有以下三种策略：

1. 子查询优化
2. 延迟关联
3. 书签记录

上面三点都能大大的提升查询效率，核心思想就是让 MySQL 尽可能扫描更少的页面，获取需要访问的记录后再根据关联列回原表查询所需要的列

子查询优化

子查询深分页优化语句如下：

mysql> SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD WHERE MCS_PROD_ID >= ( SELECT m1.MCS_PROD_ID FROM MCS_PROD m1 WHERE m1.UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0' ORDER BY m1.UPDT_TIME LIMIT 3000000, 1) LIMIT 1;
+-------------+-------------------------+------------------------+
| MCS_PROD_ID | MCS_CODE                | MCS_NAME               |
+-------------+-------------------------+------------------------+
|     3021401 | XA892010009391491861476 | 金属解剖型接骨板T型接骨板A |
+-------------+-------------------------+------------------------+
1 row in set (0.76 sec)

mysql> EXPLAIN SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD WHERE MCS_PROD_ID >= ( SELECT m1.MCS_PROD_ID FROM MCS_PROD m1 WHERE m1.UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0' ORDER BY m1.UPDT_TIME LIMIT 3000000, 1) LIMIT 1;
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+--------------------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys | key        | key_len | ref  | rows    | filtered | Extra                    |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+--------------------------+
|  1 | PRIMARY     | MCS_PROD | NULL       | range | PRIMARY       | PRIMARY    | 4       | NULL | 2296653 |   100.00 | Using where              |
|  2 | SUBQUERY    | m1       | NULL       | range | MCS_PROD_1    | MCS_PROD_1 | 5       | NULL | 2296653 |   100.00 | Using where; Using index |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+--------------------------+
2 rows in set, 1 warning (0.77 sec)

根据执行计划得知，子查询 table m1 查询是用到了索引。首先在 索引上拿到了聚集索引的主键 ID 省去了回表操作，然后第二查询直接根据第一个查询的 ID 往后再去查 10 个就可以了

延迟关联

"延迟关联" 深分页优化语句如下：

mysql> SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD INNER JOIN (SELECT m1.MCS_PROD_ID FROM MCS_PROD m1 WHERE m1.UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0' ORDER BY m1.UPDT_TIME LIMIT 3000000, 1) AS  MCS_PROD2 USING(MCS_PROD_ID);
+-------------+-------------------------+------------------------+
| MCS_PROD_ID | MCS_CODE                | MCS_NAME               |
+-------------+-------------------------+------------------------+
|     3021401 | XA892010009391491861476 | 金属解剖型接骨板T型接骨板A |
+-------------+-------------------------+------------------------+
1 row in set (0.75 sec)

mysql> EXPLAIN SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD INNER JOIN (SELECT m1.MCS_PROD_ID FROM MCS_PROD m1 WHERE m1.UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0' ORDER BY m1.UPDT_TIME LIMIT 3000000, 1) AS  MCS_PROD2 USING(MCS_PROD_ID);
+----+-------------+------------+------------+--------+---------------+------------+---------+-----------------------+---------+----------+--------------------------+
| id | select_type | table      | partitions | type   | possible_keys | key        | key_len | ref                   | rows    | filtered | Extra                    |
+----+-------------+------------+------------+--------+---------------+------------+---------+-----------------------+---------+----------+--------------------------+
|  1 | PRIMARY     | <derived2> | NULL       | ALL    | NULL          | NULL       | NULL    | NULL                  | 2296653 |   100.00 | NULL                     |
|  1 | PRIMARY     | MCS_PROD   | NULL       | eq_ref | PRIMARY       | PRIMARY    | 4       | MCS_PROD2.MCS_PROD_ID |       1 |   100.00 | NULL                     |
|  2 | DERIVED     | m1         | NULL       | range  | MCS_PROD_1    | MCS_PROD_1 | 5       | NULL                  | 2296653 |   100.00 | Using where; Using index |
+----+-------------+------------+------------+--------+---------------+------------+---------+-----------------------+---------+----------+--------------------------+
3 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

思路以及性能与子查询优化一致，只不过采用了 JOIN 的形式执行

书签记录

关于 LIMIT 深分页问题，核心在于 OFFSET 值，它会 导致 MySQL 扫描大量不需要的记录行然后抛弃掉

我们可以先使用书签 记录获取上次取数据的位置，下次就可以直接从该位置开始扫描，这样可以 避免使用 OFFEST

假设需要查询 3000000 行数据后的第 1 条记录，查询可以这么写

mysql> SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD WHERE MCS_PROD_ID < 3000000 ORDER BY UPDT_TIME LIMIT 1;
+-------------+-------------------------+---------------------------------+
| MCS_PROD_ID | MCS_CODE                | MCS_NAME                        |
+-------------+-------------------------+---------------------------------+
|         127 | XA683240878449276581799 | 股骨近端-1螺纹孔锁定板（纯钛）YJBL01 |
+-------------+-------------------------+---------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> EXPLAIN SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME FROM MCS_PROD WHERE MCS_PROD_ID < 3000000 ORDER BY UPDT_TIME LIMIT 1;
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys | key        | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | MCS_PROD | NULL       | index | PRIMARY       | MCS_PROD_1 | 5       | NULL |    2 |    50.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+------+----------+-------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

好处是很明显的，查询速度超级快，性能都会稳定在毫秒级，从性能上考虑碾压其它方式

不过这种方式局限性也比较大，需要一种类似连续自增的字段，以及业务所能包容的连续概念，视情况而定

上图是阿里云 OSS Bucket 桶内文件列表，大胆猜测是不是可以采用书签记录的形式完成

ORDER BY 巨坑, 慎踩

以下言论可能会打破你对 order by 所有 美好 YY

先说结论吧，当 LIMIT OFFSET 过深时，会使 ORDER BY 普通索引失效（联合、唯一这些索引没有测试）

mysql> EXPLAIN SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME,UPDT_TIME FROM MCS_PROD WHERE (UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0') ORDER BY UPDT_TIME LIMIT 100000, 1;
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+-----------------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys | key        | key_len | ref  | rows    | filtered | Extra                 |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+-----------------------+
|  1 | SIMPLE      | MCS_PROD | NULL       | range | MCS_PROD_1    | MCS_PROD_1 | 5       | NULL | 2296653 |   100.00 | Using index condition |
+----+-------------+----------+------------+-------+---------------+------------+---------+------+---------+----------+-----------------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

先来说一下这个 ORDER BY 执行过程：

1. 初始化 SORT_BUFFER，放入 MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME,UPDT_TIME 四个字段
2. 从索引 UPDT_TIME 找到满足条件的主键 ID，回表查询出四个字段值存入 SORT_BUFFER
3. 从索引处继续查询满足 UPDT_TIME 条件记录，继续执行步骤 2
4. 对 SORT_BUFFER 中的数据按照 UPDT_TIME 排序
5. 排序成功后取出符合 LIMIT 条件的记录返回客户端

按照 UPDT_TIME 排序可能在内存中完成，也可能需要使用外部排序，取决于排序所需的内存和参数 SORT_BUFFER_SIZE

SORT_BUFFER_SIZE 是 MySQL 为排序开辟的内存。如果排序数据量小于 SORT_BUFFER_SIZE，排序会在内存中完成。如果数据量过大，内存放不下，则会利用磁盘临时文件排序

针对 SORT_BUFFER_SIZE 这个参数在网上查询到有用资料比较少，大家如果测试过程中存在问题，可以加微信一起沟通

ORDER BY 索引失效举例

OFFSET 100000 时，通过 key Extra 得知，没有使用磁盘临时文件排序，这个时候把 OFFSET 调整到 500000

一首凉凉送给写这个 SQL 的同学，发现了 Using filesort

mysql> EXPLAIN SELECT MCS_PROD_ID,MCS_CODE,MCS_NAME,UPDT_TIME FROM MCS_PROD WHERE (UPDT_TIME >= '1970-01-01 00:00:00.0') ORDER BY UPDT_TIME LIMIT 500000, 1;
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+---------+----------+-----------------------------+
| id | select_type | table    | partitions | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows    | filtered | Extra                       |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+---------+----------+-----------------------------+
|  1 | SIMPLE      | MCS_PROD | NULL       | ALL  | MCS_PROD_1    | NULL | NULL    | NULL | 4593306 |    50.00 | Using where; Using filesort |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+---------+----------+-----------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

Using filesort 表示在索引之外，需要额外进行外部的排序动作，性能必将受到严重影响

所以我们应该 结合相对应的业务逻辑避免常规 LIMIT OFFSET，采用 # 深分页优化 章节进行修改对应业务

结言

最后有一点需要声明下，MySQL 本身并不适合单表大数据量业务

因为 MySQL 应用在企业级项目时，针对库表查询并非简单的条件，可能会有更复杂的联合查询，亦或者是大数据量时存在频繁新增或更新操作，维护索引或者数据 ACID 特性上必然存在性能牺牲

如果设计初期能够预料到库表的数据增长，理应构思合理的重构优化方式，比如 ES 配合查询、分库分表、TiDB 等解决方式

参考资料：

1. 《高性能 MySQL 第三版》
2. 《MySQL 实战 45 讲》

公众号：龙台的技术笔记