数据库内核月报

数据库内核月报 － 2023 / 10

PolarDB MySQL DBA工具库新增一员猛将Statement Outline

Author: 道客

前言

生产环境中，SQL语句的执行计划经常发生改变，导致数据库性能和稳定性出现波动。所以在正文开始前，我们先看几个问题，来了解我们为什么要做这样的工具。

首先，为什么SQL的执行计划会变呢？

原因大致分为以下6种：

  1. 数据量的变化：当数据库中的数据量发生改变时，例如增加或删除大量数据，原有的索引可能不再适用，导致执行计划发生变化。
  2. 数据库参数的改变：数据库管理员可能会根据需要更改数据库参数，例如调整内存缓冲区的大小或者更改内存管理参数，这可能会影响执行计划的生成和执行。
  3. 数据库硬件和软件的改变：硬件性能的改变，例如CPU、内存或磁盘I/O的升级，或者数据库软件的更新，都可能导致执行计划发生变化。
  4. SQL语句的改变：当SQL语句发生改变，例如添加或删除某些条件、连接多个表、使用不同的排序或分组方式等，都会导致执行计划的变化。
  5. 数据库统计信息的变化：数据库会定期收集和更新统计信息，例如表中的行数、每列的平均长度、索引的分布等。当这些统计信息发生变化时，执行计划也可能会变。
  6. 数据库架构的改变：如果数据库的架构发生改变，例如添加或删除表、索引或视图，那么执行计划也可能会受到影响。

其次，SQL执行计划的变更可能会引发哪些问题？

同样归纳如下6个问题：

  1. 性能下降或波动：如果原有的执行计划被改变，可能会导致查询执行的速度变慢。这可能是由于新的执行计划需要执行更多的步骤，或者由于新的执行计划没有充分利用数据索引或其他优化手段。
  2. 资源消耗增加：变更执行计划可能会增加数据库服务器的资源消耗，例如CPU、内存或I/O。这可能会影响其他正在运行的应用程序或查询的性能。
  3. 数据一致性问题：如果执行计划的变化导致查询返回的结果集不一致，那么这可能会对应用程序产生严重的影响，可能会导致数据错误或用户界面错误。
  4. 索引策略问题：执行计划通常会利用索引来加速查询。如果执行计划的变更没有充分利用索引或者需要创建新的索引，那么这可能会引发索引策略的问题。
  5. 数据库事务问题：如果执行计划的变更影响了事务的ACID属性（原子性、一致性、隔离性、持久性），那么这可能会导致数据库事务问题。
  6. 可维护性和可理解性：如果执行计划变得过于复杂或难以理解，那么这可能会对数据库的维护和调试带来困难。

因此，对于任何SQL执行计划的变更，都需要仔细的评估和测试，以确保它不会对数据库和应用程序的性能和稳定性产生负面影响。

那么我们通过哪些手段来处理这些问题呢？ 今天就介绍一下我们的主角Statement Outline，Statement Outline是通过支持MySQL8.0官方的所有Hint，结合Statement Outline表来完成执行计划的稳定。具体请参考官方文档：Statement Outline

与Statement Outline相关的几个概念及参考资料

MySQL Optimizer Hints

MySQL的Optimizer Hints是一套干预优化器的实用机制，它允许向优化器提供现成的优化决策，从而缩小执行计划的选择范围。 在MySQL中，Optimizer Hints可以从以下级别进行干预：

  1. 语句级别（Statement level）
  2. 查询块级别（Query block level）
  3. 表级别（Table level）
  4. 索引级别（Index level）

Hints干预方式是通过在SQL语句中添加特定的提示（hint）来实现的，例如：

SELECT /*+ INDEX(table_name index_name) */ column_name FROM table_name WHERE condition;

在这个例子中，INDEX(table_name index_name)就是一个Optimizer Hint，它告诉优化器在处理这个查询时使用指定的索引。

除了直接在SQL语句中添加提示，还可以通过其他方式提供Optimizer Hints，例如使用optimizer_switch系统变量来动态地改变优化器的行为。

在使用Optimizer Hints时，需要了解的一点是，不同的数据库厂商实现Optimizer Hints的方式可能会有所不同，例如Oracle和MySQL都有各自的实现方式。此外，使用Optimizer Hints可能会对数据库性能产生影响，如果不正确地使用，可能会导致性能下降或者资源浪费。因此，在使用Hints时，需要谨慎评估其效果并进行测试，以确保其对数据库和应用程序的性能和稳定性没有负面影响。具体使用方案请参考Optimizer Hints官方文档。

MySQL Index Hints

MySQL的Index Hints是一种优化手段，通过在SQL语句中添加特定的提示（hint），可以告诉MySQL优化器要如何完成SELECT，比如强制走某（些）索引或忽略某（些）索引。这种机制允许开发人员或数据库管理员干预优化器的选择，以改善查询的性能。

Index Hints可以放在SQL语句中的SELECT、UPDATE和DELETE等语句后面，也可以放在子查询中。 Index Hints有两种类型：USE INDEX和FORCE INDEX。 USE INDEX用于指定优化器使用某个索引，但是如果有更好的索引或者全表扫描更有效，优化器仍然可以选择忽略这个提示。

FORCE INDEX用于强制优化器使用某个索引，即使它认为全表扫描更有效。如果指定了FORCE INDEX，那么优化器必须使用指定的索引。

在实践中，Index Hints的使用需要根据具体的数据库应用和数据结构来确定，需要在性能测试和实际运行中进行评估和调整。使用不当的Index Hints可能会对数据库性能产生负面影响，因此在使用Index Hints时需要谨慎评估其效果并进行测试。

请注意，以上内容是关于MySQL的Index Hints的一般介绍，具体的Index Hints语法和用法可能会因为不同的MySQL版本和配置而有所差异。详细介绍请参考Index Hints官方文档。

工具介绍

介于PolarDB-MySQL 内核提供了Statement Outline的功能，为了方便大家操作，我们把内核的功能给制作成了工具，欢迎大家使用，也非常欢迎大家提出宝贵的意见和建议。工具包及环境，还有操作步骤如下：

运行步骤：

本地环境需要java1.8环境，运行：java -jar Outline-0.0.5.jar

Outline-0.0.5.jar(39.8 MB)

运行成功后浏览器访问：http://127.0.0.1:8080/

运用场景：

Statement outline： MySQL optimizer/index hint 来稳定执行计划的方法 以下是一些使用Statement Outline的场景示例：

1. 理解执行计划：

假设你有一个包含多表连接和子查询的复杂SQL语句，并且你希望更好地理解查询优化器如何为该语句生成执行计划。你可以使用Statement Outline来查看执行计划，从而了解表的读取顺序、连接方式、索引使用和子查询的执行等详细信息。

EXPLAIN SELECT * FROM table1   
JOIN table2 ON table1.id = table2.id   
WHERE table1.column1 = 'value1'   
AND table2.column2 = (SELECT column2 FROM table3 WHERE column3 = 'value3');

通过分析执行计划的细节，你可以更好地理解查询是如何执行的，并找出潜在的性能问题。

2. 比较执行计划：

假设你有两个相似的SQL语句，它们分别使用了不同的索引来查询同一张表。你可以使用Statement Outline来比较这两个SQL语句的执行计划，以确定哪个索引更有利于查询性能。

EXPLAIN SELECT * FROM table1 WHERE column1 = 'value1' USE INDEX (index1);  
EXPLAIN SELECT * FROM table1 WHERE column2 = 'value2' USE INDEX (index2);

通过比较这两个执行计划的差异，你可以找出性能更好的索引，并优化那些性能较差的查询。

3. 调试性能问题：

假设你遇到一个性能瓶颈，可能是由于查询执行成本过高导致的。你可以使用Statement Outline来获取查询优化器的实际行为信息，以帮助找出性能问题的原因。

SELECT * FROM table1 WHERE column1 = 'value1' ORDER BY column2 DESC;

通过查看执行计划的详细信息，你可以更好地理解查询的性能表现，并采取相应的优化措施来解决性能问题。例如，你可能需要添加合适的索引、调整表结构或重新评估查询逻辑等。

在结合上述场景，我们工具提供了对Statement outline的执行计划的可视化操作管理。

操作步骤：

查询功能：

image.png

新增功能:

  1. 点击新增按钮

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  1. 新增hint类型-OPTIMIZER：

image.png

  1. 选取Position和hint，可参考

image.png

  1. 检查语句，点击完成按钮添加

image.png

  1. 新增hint类型-USE INDEX

需要选取scope：

image.png

  1. 选取Position和hint，可多选

image.png

  1. 检查语句，点击完成按钮添加

image.png

FORCE和IGNORE 参考USE

image.png

删除功能：

选取删除内容后点击删除按钮，可多选

image.png

测试功能： 输入要验证的表

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后记

我们会持续增强我们的数据库运维小工具，未来会融入到云平台管理系统重，帮助更多云上PolarDB/RDS MySQL的客户进行更为便利的管理和运维。