MySQL源码解析之执行计划

一、MySQL执行计划介绍

在MySQL中，执行计划的实现是基于JOIN和QEP_TAB​这两个对象。其中JOIN类表示一个查询语句块的优化和执行，每个select查询语句（即Query_block对象）在处理的时候，都会被当做JOIN对象，其定义在sql/sql_optimizer.h。

QEP_TAB是Query Execution Plan Table​的缩写，这里的表Table对象主要包含物化表、临时表、派生表、常量表等。JOIN::optimize()​是优化执行器的统一入口，在这里会把一个查询语句块Query_block​最终优化成QEP_TAB。

在MySQL-8.0.22版本之后，又引入访问方式AccessPath​和执行迭代器Iterator对象，再结合JOIN和QEP_TAB对象，最终得到整个解析计划的执行路径。

二、MySQL执行计划代码概览

本文主要基于MySQL-8.0.25版本，进行说明。

优化器的入口函数：bool JOIN::optimize()​，对应代码文件sql/sql_optimizer.cc。

// 主要功能是把一个查询块Query_block优化成一个QEP_TAB，得到AccessPath
bool JOIN::optimize() { 
 ...
 // 下面主要是为了可以借助INFORMATION_SCHEMA.OPTIMIZER_TRACE表，跟踪优化器的执行状态和执行步骤
 Opt_trace_context *const trace = &thd->opt_trace;
 Opt_trace_object trace_wrapper(trace);
 Opt_trace_object trace_optimize(trace, "join_optimization");
 trace_optimize.add_select_number(Query_block->select_number);
 Opt_trace_array trace_steps(trace, "steps");
 ...
 // 窗口函数装配优化
 if (has_windows && Window::setup_windows2(thd, m_windows))
 ...
 // 拷贝Query_block上的条件副本到JOIN结构关联的成员对象，为后续优化做准备
 if (Query_block->get_optimizable_conditions(thd, &where_cond, &having_cond))
 ...
 // 统计抽象语法树中的叶节点表，其中leaf_tables是在Query_block::setup_tables中进行装配
 tables_list = Query_block->leaf_tables;
 ...
 // 分区裁剪
 if (Query_block->partitioned_table_count && prune_table_partitions()) {
 ...
 // 尝试把聚合函数COUNT()、MIN()、MAX()对应的值，替换成常量
 if (optimize_aggregated_query(thd, Query_block, *fields, where_cond,
                &outcome)) {
 ...
 // 采用超图算法生成执行计划，注意超图算法通过set optimizer_switch="hypergraph_optimizer=on"方式启用
 if (thd->lex->using_hypergraph_optimizer) {
  FindBestQueryPlan(thd, Query_block, /*trace=*/nullptr);
  // 如果Join优化器是超图算法，处理结束直接返回
  return false;
 }
 ...

下面代码主要涉及Join优化器连接方式为左深树的情况，主要用到join_tab数组来进行组织关联。

根据代价计算表的连接方式，核心函数make_join_plan()​，实现非常复杂。比较关键的函数是bool Optimize_table_order::choose_table_order()。

其主要思想是通过贪婪搜索Optimize_table_order::greedy_search​，根据最小的连接代价，进行有限的穷举搜索（细节参考Optimize_table_order::best_extension_by_limited_search）最终找到近似最优解的连接排列组合。

if (make_join_plan()) {
 ...
 // 语句块谓词条件下推，提升过滤性能
 if (make_join_Query_block(this, where_cond)) {
 ...
 // 优化order by/distinct语句
 if (optimize_distinct_group_order()) return true;
 ...
 // 分配QEP_TAB数组
 if (alloc_qep(tables)) return (error = 1); /* purecov: inspected */
 ...
 // 执行计划细化，优化子查询和半连接的情况，具体策略可以参考mariadb的文档：
 // https:// mariadb.com/kb/en/optimization-strategies/
 // 关键代码是setup_semijoin_dups_elimination，主要对半连接关联的策略进行装配
 if (make_join_readinfo(this, no_jbuf_after))
 ...
 // 为处理group by/order by创建开辟临时表空间
 if (make_tmp_tables_info()) return true;
 ...
 // 生成访问方式AccessPath，供后续迭代器Iterator访问使用
 create_access_paths();
 ...
 return false;
}

三、MySQL执行计划总结

MySQL的执行计划是整个数据库最核心的模块，其代码也在不断地迭代更新过程中。执行计划中优化器的好坏和背后的搜索策略、数学模型紧密相关。MySQL支持的搜索策略有穷举搜索、贪婪搜索，对应的Join优化器有左深树算法和超图算法，整个优化过程主要是基于CBO策略进行优化。

执行计划运行的过程，实际上就是一个动态规划的过程。这个过程的优劣，快慢决定了MySQL和主流商业数据库的差距。只有深入地理解MySQL优化器的运行原理，才能帮助我们积极有效地探索更高性能优化的可能。

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