一、MRR優(yōu)化概述

MRR，全稱Multi-Range Read Optimization，直譯為多范圍讀取優(yōu)化，是MySQL中一種用于提高索引查詢性能的技術(shù)。MRR通過(guò)減少隨機(jī)磁盤訪問(wèn)次數(shù)，將隨機(jī)IO轉(zhuǎn)換為順序IO，從而提高數(shù)據(jù)讀取的效率。它特別適用于包含范圍條件（如BETWEEN、<、>等）的查詢，以及需要通過(guò)輔助索引訪問(wèn)表數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。

二、MRR優(yōu)化的背景

在InnoDB中表數(shù)據(jù)是通過(guò)聚集索引組織的。當(dāng)基于輔助索引的范圍查詢時(shí)，需要先通過(guò)輔助索引找到對(duì)應(yīng)的主鍵值，再通過(guò)主鍵值回表查詢完整的行數(shù)據(jù)。這種回表會(huì)產(chǎn)生大量的隨機(jī)磁盤I/O，尤其是在處理大表時(shí)，隨機(jī)I/O的性能瓶頸尤為明顯。MRR優(yōu)化正是為了解決這一問(wèn)題提出。

三、MRR優(yōu)化的原理

MRR優(yōu)化的核心思想是將多個(gè)范圍查詢中的隨機(jī)磁盤I/O轉(zhuǎn)換為順序磁盤I/O，從而提高查詢性能。

1. 掃描輔助索引并收集主鍵值：

   • 當(dāng)執(zhí)行一個(gè)包含范圍條件的查詢時(shí)，MySQL優(yōu)化器首先會(huì)掃描輔助索引，找到滿足條件的一系列索引元組。
   • 對(duì)于每個(gè)索引元組，MySQL會(huì)收集其對(duì)應(yīng)的主鍵值（rowid）。

2. 對(duì)主鍵值進(jìn)行排序：

   • 收集到的主鍵值會(huì)被放入一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)（read_rnd_buffer）中。
   • 當(dāng)緩沖區(qū)滿或查詢結(jié)束時(shí)，MySQL會(huì)對(duì)緩沖區(qū)中的主鍵值進(jìn)行排序。排序的目的是為了將隨機(jī)訪問(wèn)轉(zhuǎn)換為順序訪問(wèn)。

3. 順序訪問(wèn)基表：

   • 排序后的主鍵值將按照順序被用來(lái)訪問(wèn)基表，檢索出完整的數(shù)據(jù)行。
   • 由于主鍵值是有序的，因此訪問(wèn)基表時(shí)產(chǎn)生的磁盤I/O也變?yōu)轫樞騃/O，從而提高了讀取效率。

4. 利用磁盤預(yù)讀和緩存機(jī)制：

   • MRR優(yōu)化還充分利用了磁盤的預(yù)讀機(jī)制。當(dāng)請(qǐng)求讀取某一頁(yè)數(shù)據(jù)時(shí)，磁盤會(huì)預(yù)測(cè)并提前讀取相鄰的幾頁(yè)數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。
   • 由于MRR將隨機(jī)訪問(wèn)轉(zhuǎn)換為順序訪問(wèn)，磁盤預(yù)讀機(jī)制能夠更好地發(fā)揮作用，減少磁盤尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲。
   • 同時(shí)，順序訪問(wèn)也提高了緩存的命中率，因?yàn)檫B續(xù)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)頁(yè)更有可能在緩存中找到。

5. 基于成本的決策：

   • MySQL優(yōu)化器會(huì)根據(jù)查詢的成本（如I/O成本、CPU成本等）來(lái)決定是否使用MRR優(yōu)化。
   • 用戶可以通過(guò)調(diào)整optimizer_switch系統(tǒng)變量中的mrr和mrr_cost_based標(biāo)志來(lái)控制MRR優(yōu)化的使用。mrr_cost_based設(shè)置為ON時(shí)，優(yōu)化器會(huì)根據(jù)成本來(lái)決定是否使用MRR；設(shè)置為OFF時(shí)，則強(qiáng)制使用MRR（但通常不建議這樣做，因?yàn)閮?yōu)化器在大多數(shù)情況下都是正確的）。

四、MRR優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)

• 提高查詢性能：通過(guò)減少隨機(jī)磁盤I/O次數(shù)和提高緩存命中率，MRR優(yōu)化能夠顯著提高查詢性能。
• 減少I/O成本：順序I/O比隨機(jī)I/O具有更低的成本，因?yàn)轫樞騃/O可以更有效地利用磁盤帶寬和緩存資源。
• 適用于多種查詢類型：MRR優(yōu)化不僅適用于范圍查詢（如BETWEEN、<、>等），還適用于等值連接（equi-join）等需要回表訪問(wèn)的場(chǎng)景。

五、磁盤預(yù)讀機(jī)制

MRR優(yōu)化充分利用了磁盤預(yù)讀機(jī)制。當(dāng)客戶端請(qǐng)求讀取某一頁(yè)數(shù)據(jù)時(shí)，磁盤預(yù)讀功能會(huì)預(yù)測(cè)并提前讀取相鄰的幾頁(yè)數(shù)據(jù)到內(nèi)存緩沖區(qū)中。由于MRR將隨機(jī)訪問(wèn)轉(zhuǎn)換為順序訪問(wèn)，磁盤預(yù)讀機(jī)制能夠更好地發(fā)揮作用，減少磁盤尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲，進(jìn)一步提升讀取效率。

六、局部性原理

局部性原理是MRR優(yōu)化的另一個(gè)理論基礎(chǔ)。時(shí)間局部性表明，如果某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)被訪問(wèn)，那么在不久的將來(lái)它可能再次被訪問(wèn)；空間局部性表明，一旦某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)被訪問(wèn)，那么其附近的數(shù)據(jù)項(xiàng)也可能很快被訪問(wèn)。MRR通過(guò)順序訪問(wèn)數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)訪問(wèn)更加符合局部性原理，從而提高了緩存命中率，減少了磁盤訪問(wèn)次數(shù)。

七、使用場(chǎng)景、條件與監(jiān)控

MRR優(yōu)化適用于基于范圍掃描和等值連接的操作中尤為有效。但是，并非所有查詢都能從MRR優(yōu)化中受益。如，當(dāng)查詢完全基于索引元組中的信息（即使用覆蓋索引）時(shí)，MRR優(yōu)化就沒(méi)有必要，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)需回表訪問(wèn)基表數(shù)據(jù)。

此外，MySQL默認(rèn)開(kāi)啟MRR優(yōu)化，但是否真正使用MRR由優(yōu)化器決定。優(yōu)化器會(huì)根據(jù)查詢的成本（如IO成本、CPU成本等）來(lái)決定是否采用MRR優(yōu)化。用戶可以通過(guò)調(diào)整optimizer_switch系統(tǒng)變量中的mrr和mrr_cost_based標(biāo)志來(lái)控制MRR優(yōu)化的使用。

1. 配置參數(shù)

• optimizer_switch：包含mrr和mrr_cost_based兩個(gè)選項(xiàng)，分別用于控制是否啟用MRR優(yōu)化以及是否基于成本決定是否使用MRR。
• read_rnd_buffer_size：設(shè)置用于給rowid排序的內(nèi)存緩沖區(qū)的大小。這個(gè)參數(shù)的大小會(huì)影響MRR優(yōu)化的效果，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

2. 監(jiān)控方法

• 使用EXPLAIN語(yǔ)句查看查詢的執(zhí)行計(jì)劃。如果查詢使用了MRR優(yōu)化，EXPLAIN的輸出會(huì)在Extra列中顯示Using MRR。
• 監(jiān)控查詢的響應(yīng)時(shí)間和I/O開(kāi)銷。通過(guò)比較開(kāi)啟和關(guān)閉MRR優(yōu)化時(shí)的查詢性能，可以評(píng)估MRR優(yōu)化的效果。

八、SQL案例解讀

一個(gè)為orders的表結(jié)構(gòu)如下：

CREATE TABLE orders (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    customer_id INT NOT NULL,
    order_date DATE NOT NULL,
    total_amount DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
    INDEX idx_customer_date (customer_id, order_date)
) ENGINE=InnoDB;

表中，customer_id和order_date上有一個(gè)聯(lián)合索引idx_customer_date。想要查詢某個(gè)特定客戶在指定日期范圍內(nèi)的所有訂單，SQL語(yǔ)句：

SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123 AND order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31';

1. 掃描輔助索引：

   • MySQL首先會(huì)利用輔助索引idx_customer_date來(lái)定位滿足customer_id = 123和order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31'條件的索引元組。
   • 這些索引元組包含了customer_id、order_date以及對(duì)應(yīng)的主鍵值（id）。

2. 收集并排序主鍵值：

   • MySQL會(huì)收集這些索引元組對(duì)應(yīng)的主鍵值，并將它們放入一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)（read_rnd_buffer）中。
   • 當(dāng)緩沖區(qū)滿或查詢結(jié)束時(shí)，MySQL會(huì)對(duì)這些主鍵值進(jìn)行排序。排序的目的是為了后續(xù)的順序訪問(wèn)基表。

3. 順序訪問(wèn)基表：

   • 使用排序后的主鍵值，MySQL將順序訪問(wèn)orders表的基表部分，檢索出完整的訂單數(shù)據(jù)行。
   • 由于主鍵值是有序的，因此訪問(wèn)基表時(shí)產(chǎn)生的磁盤I/O變?yōu)轫樞騃/O，提高了讀取效率。

4. 利用磁盤預(yù)讀和緩存機(jī)制：

   • 在順序訪問(wèn)基表的過(guò)程中，磁盤預(yù)讀機(jī)制會(huì)預(yù)測(cè)并提前讀取相鄰的數(shù)據(jù)頁(yè)到內(nèi)存中。
   • 這有助于減少磁盤尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲，并提高緩存命中率。

5. 查詢性能提升：

   • 相比沒(méi)有MRR優(yōu)化的情況，使用MRR可以顯著減少隨機(jī)磁盤I/O的次數(shù)，從而提高查詢性能。
   • 特別是在處理大表時(shí)，MRR優(yōu)化的效果更加明顯。

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