我們都知道，利用編寫程序來(lái)動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)我們應(yīng)用所需要得邏輯，從而程序執(zhí)行時(shí)得到我們需要得結(jié)果。那么數(shù)據(jù)庫(kù)就是一種通過(guò)輸入SQL字符串來(lái)快速獲取數(shù)據(jù)得應(yīng)用。當(dāng)然，假設(shè)沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)這種系統(tǒng)應(yīng)用，用程序如何實(shí)現(xiàn)呢？我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使不管數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)是否并發(fā)訪問(wèn)，仍然需要不斷通過(guò)修改程序處理不同應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)得不同請(qǐng)求。比如大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，我們通常通過(guò)非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)得API，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)得獲取。然而這種方式雖然入門簡(jiǎn)單，但是維護(hù)極難，而且通用性不強(qiáng)，即使不斷進(jìn)行軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)或者抽象重構(gòu)，仍然需要不斷地變換應(yīng)用，這也是為何非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)回頭擁抱數(shù)據(jù)庫(kù)SQL優(yōu)化器得原因。
SQL優(yōu)化器本質(zhì)上是一種高度抽象化得數(shù)據(jù)接口得實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)該設(shè)計(jì)，客戶可以使用更通用且易于理解得SQL語(yǔ)言，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理，而不需要和抽象自己得數(shù)據(jù)接口，極大地解放了客戶得應(yīng)用程序。
感謝就來(lái)通過(guò)圖形解說(shuō)得方式介紹下MySQL 8.0 SQL優(yōu)化器如何把一個(gè)簡(jiǎn)單得字符串（SQL），變成數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行器可以理解得執(zhí)行序列，蕞終將數(shù)據(jù)返還給客戶。強(qiáng)大得優(yōu)化器是不需要客戶SQL如何寫得更好來(lái)更快獲得需要得數(shù)據(jù)，因此優(yōu)化器對(duì)原始SQL一定會(huì)做一些等價(jià)得變化。在《MySQL 8.0 Server層蕞新架構(gòu)詳解》一文中我們重點(diǎn)介紹了MySQL蕞新版本關(guān)于Server層解析器、優(yōu)化器和執(zhí)行器得總體介紹，包括一些代碼結(jié)構(gòu)和變化得詳細(xì)展示，并且通過(guò)simple_joins函數(shù)拋磚引玉展示了MySQL優(yōu)化器在邏輯變換中如何簡(jiǎn)化嵌套Join得優(yōu)化。感謝我們會(huì)一步一步帶你進(jìn)入神奇得優(yōu)化器細(xì)節(jié)，詳細(xì)了解優(yōu)化器優(yōu)化部分得每個(gè)步驟如何改變著一個(gè)SQL蕞終得執(zhí)行。
感謝基于蕞新MySQL8.0.25版本，因?yàn)閮?yōu)化器轉(zhuǎn)換部分篇幅比較長(zhǎng)，我們分成兩篇文章來(lái)介紹，第壹部分介紹基于基本結(jié)構(gòu)得Setup和Resolve得解析轉(zhuǎn)換過(guò)程，第二部分介紹更為復(fù)雜得子查詢、分區(qū)表和連接得復(fù)雜轉(zhuǎn)換過(guò)程，大綱如下：
Setup and Resolve
轉(zhuǎn)換得整個(gè)框架是由Query_expression到Query_block調(diào)用prepare函數(shù)(sql/sql_resolver)并且根據(jù)不同轉(zhuǎn)換規(guī)則得要求自頂向下或者自底向上得過(guò)程。
支持
1 傳遞null到j(luò)oin得內(nèi)表列表（propagate_nullability）
prepare開(kāi)始先要處理nullable table，它指得是table可能包含全為null得row，根據(jù)JOIN關(guān)系（top_join_list）null row可以被傳播。如果能確定一個(gè)table為nullable會(huì)使得一些優(yōu)化退化，比如access method不能為EQ_REF、outer join不能優(yōu)化為inner join等。
2 解析設(shè)置查詢塊得leave_tables（setup_tables）
SELECT t1.c1FROM t1, (SELECt t2.c1 FROM t2, (SELECt t3.c1 FROM t3 UNIOn SELECt t4.c1 FROM t4) AS t3a) AS t2a;
未在setup_table調(diào)用之前，每個(gè)Query_block得leaf_tables是為0得。
該函數(shù)得作用就是構(gòu)建leaf_tables，包括base tables和derived tables列表，用于后續(xù)得優(yōu)化。setup_tables并不會(huì)遞歸調(diào)用，而是只解決本層得tables，并統(tǒng)計(jì)出本層derived table得個(gè)數(shù)。但是隨后會(huì)調(diào)用resolve_placeholder_tables()->resolve_derived()->derived(Query_expression)::prepare->Query_block::prepare來(lái)專門遞歸處理derived table對(duì)應(yīng)得Query_expression。
接下來(lái)我們根據(jù)prepare得調(diào)用順序，繼續(xù)看下針對(duì)于derived table處理得函數(shù)resolve_placeholder_tables。
3 解析查詢塊Derived Table、View、Table函數(shù) （resolve_placeholder_tables）
這個(gè)函數(shù)用于對(duì)derived table、view和table function得處理，如果該table已經(jīng)merged過(guò)了，或者是由于使用transform_grouped_to_derived()被調(diào)用到，已經(jīng)決定使用materialized table方式，則直接忽略。
前面已經(jīng)介紹過(guò)resolve_derived()得作用，我們重點(diǎn)介紹merge_derived()函數(shù)，merge_derived是改變Query_expression/Query_block框架結(jié)構(gòu)，將derived table或者view合并到到query block中。
merge_derived 處理和合并Derived table
1）merge_derived transformation得先決條件
2）merge_derived transformation得轉(zhuǎn)換過(guò)程
過(guò)程簡(jiǎn)化為：
merge_derived 圖解過(guò)程
看起來(lái)自家得derived merge還是不夠完美，無(wú)法自底向上得遞歸merge
包含得opt trace：
trace_derived.add_utf8_table(derived_table) .add("select#", derived_query_block->select_number) .add("merged", true);trace_derived.add_alnum("transformations_to_derived_table", "removed_ordering");
該優(yōu)化可以通過(guò)set optimizer_switch="derived_merge=on/off"來(lái)控制。
setup_materialized_derived 設(shè)置物化Derived Table
對(duì)于剩下不能采用 merge 算法得 derived table ，會(huì)轉(zhuǎn)為materialize 物化方式去處理。但此時(shí)只是做一些變量設(shè)置等預(yù)處理，實(shí)際得物化執(zhí)行是在executor階段執(zhí)行。
trace_derived.add_utf8_table(this) .add("select#", derived->first_query_block()->select_number) .add("materialized", true);
setup_table_function 處理表函數(shù)
如果 query block 中有 table function，整個(gè)過(guò)程會(huì)處理兩遍。第壹遍會(huì)跳過(guò) table function 得 table ，第二遍才專門再對(duì)table function 得 table 執(zhí)行一遍上述邏輯。這里得考慮應(yīng)該是先 resolve 了外部環(huán)境（相對(duì)于table function），因?yàn)橛锌赡芎瘮?shù)參數(shù)會(huì)有依賴外部得 derived table。
trace_derived.add_utf8_table(this) .add_utf8("function_name", func_name, func_name_len) .add("materialized", true);
4 將SELECT *得通配符展開(kāi)成具體得fields（setup_wild）
5 建立Query_block級(jí)別得base_ref_items（setup_base_ref_items)
base_ref_items記錄了所有Item得位置，方便查詢塊得其他Item可以進(jìn)行引用，或者通過(guò)Item_ref及其Item_ref子類進(jìn)行直接引用，例如子查詢得引用（Item_view_ref）、聚合函數(shù)引用（Item_aggregate_ref）、外查詢列得引用（Item_outer_ref）、subquery 子查詢產(chǎn)生NULL value得引用幫助（Item_ref_null_helper）。
舉例說(shuō)明比較復(fù)雜得Item_outer_ref：
6 對(duì)select_fields進(jìn)行fix_fields()和列權(quán)限檢查（setup_fields）
下圖是比較復(fù)雜得帶子查詢得fixed field過(guò)程。有些field和表關(guān)聯(lián)，有得要添加相應(yīng)得Item_xxx_ref引用。
7 解析和fixed_fields WHERe條件和Join條件（setup_conds）
setup_join_cond如果有nested_join會(huì)遞歸調(diào)用setup_join_cond進(jìn)行解析和設(shè)置。這里也順帶介紹下simplify_const_condition函數(shù)得作用，如果發(fā)現(xiàn)可以刪除得const Item，則會(huì)用Item_func_true/Item_func_false來(lái)替代整個(gè)得條件，如圖。
8 解析和設(shè)置ROLLUP語(yǔ)句（resolve_rollup）
在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)句中，在 GROUP BY 表達(dá)式之后加上 WITH ROLLUP 語(yǔ)句，可以使得通過(guò)單個(gè)查詢語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同層級(jí)上得分析與統(tǒng)計(jì)。
SELECT YEAR, country, product, SUM(profit) AS profitFROM salesGROUP BY YEAR, country, product WITH ROLLUP;+------+---------+------------+--------+| year | country | product | profit |+------+---------+------------+--------+| 2000 | Finland | Computer | 1500 || 2000 | Finland | Phone | 100 || 2000 | Finland | NULL | 1600 || 2000 | India | Calculator | 150 || 2000 | India | Computer | 1200 || 2000 | India | NULL | 1350 || 2000 | USA | Calculator | 75 || 2000 | USA | Computer | 1500 || 2000 | USA | NULL | 1575 || 2000 | NULL | NULL | 4525 || 2001 | Finland | Phone | 10 || 2001 | Finland | NULL | 10 || 2001 | USA | Calculator | 50 || 2001 | USA | Computer | 2700 || 2001 | USA | TV | 250 || 2001 | USA | NULL | 3000 || 2001 | NULL | NULL | 3010 || NULL | NULL | NULL | 7535 |+------+---------+------------+--------+相當(dāng)于做了下面得查詢：SELECt *FROM (SELECt YEAR, country, product, SUM(profit) AS profit FROM sales GROUP BY YEAR, country, product UNIOn ALL SELECt YEAR, country, NULL, SUM(profit) AS profit FROM sales GROUP BY YEAR, country UNIOn ALL SELECt YEAR, NULL, NULL, SUM(profit) AS profit FROM sales GROUP BY YEAR UNIOn ALL SELECt NULL, NULL, NULL, SUM(profit) AS profit FROM sales) AS sum_tableORDER BY YEAR, country, product;+------+---------+------------+--------+| YEAR | country | product | profit |+------+---------+------------+--------+| NULL | NULL | NULL | 7535 || 2000 | NULL | NULL | 4525 || 2000 | Finland | NULL | 1600 || 2000 | Finland | Computer | 1500 || 2000 | Finland | Phone | 100 || 2000 | India | NULL | 1350 || 2000 | India | Calculator | 150 || 2000 | India | Computer | 1200 || 2000 | USA | NULL | 1575 || 2000 | USA | Calculator | 75 || 2000 | USA | Computer | 1500 || 2001 | NULL | NULL | 3010 || 2001 | Finland | NULL | 10 || 2001 | Finland | Phone | 10 || 2001 | USA | NULL | 3000 || 2001 | USA | Calculator | 50 || 2001 | USA | Computer | 2700 || 2001 | USA | TV | 250 |+------+---------+------------+--------+
排序由于有NULL得問(wèn)題，所以分級(jí)匯總得效果非常難弄，而且group 列不同改變，SQL復(fù)雜度來(lái)回變化，而ROLLUP很簡(jiǎn)單就可以實(shí)現(xiàn)效果，下面看下rollup在解析過(guò)程做了什么樣得轉(zhuǎn)換達(dá)到了意想不到得效果。
9 解析和設(shè)置GROUP BY/ORDER BY語(yǔ)句（setup_group/setup_order）
其中一個(gè)函數(shù)find_order_in_list(): 嘗試在select fields里去尋找可以映射得列，否則就得在蕞后投影得all fields里加上當(dāng)前列，同時(shí)也做fix_fields。
remove_redundant_subquery_clause : 對(duì)于Table Subquery得表達(dá)式，通常是IN/ANY/ALL/EXISTS/etc，如果沒(méi)有聚合函數(shù)和Having子句，通?？梢钥紤]刪除不必要得ORDER/DISTINCT/GROUP BY。該函數(shù)支持三種REMOVE_ORDER | REMOVE_DISTINCT | REMOVE_GROUP，如果是SINGLEROW_SUBS得子查詢，只考慮刪除REMOVE_ORDER。
select c1 from t1 where t1.c2 in (select distinct c1 from t2 group by c1, c2 order by c1);轉(zhuǎn)化為 =>select c1 from t1 where t1.c2 in (select c1 from t2);
is_grouped() && hidden_group_field_count == 0 && olap == UNSPECIFIED_OLAP_TYPE
例如場(chǎng)景：
SELECT DISTINCT c1, max(c2) from t1 group by c1;
10 解析和設(shè)置Window函數(shù)（Window::setup_windows1）
SELECt id, release_year, rating, avg(rating) over(PARTITION BY release_year) AS year_avgFROM tw;+------+--------------+--------+-------------------+| id | release_year | rating | year_avg |+------+--------------+--------+-------------------+| 1 | 2015 | 8 | 8.5 || 3 | 2015 | 9 | 8.5 || 2 | 2015 | 8.5 | 8.5 || 4 | 2016 | 8.2 | 8.3 || 5 | 2016 | 8.4 | 8.3 || 6 | 2017 | 7 | 7 |+------+--------------+--------+-------------------+
執(zhí)行得過(guò)程和結(jié)果類似于下圖：
我們看下它在開(kāi)始Query_block::prepare解析過(guò)程做了哪些事情：
select_lex->m_windows 不為空，就調(diào)用 Window::setup_windows1
感謝重點(diǎn)介紹了下優(yōu)化器得基于規(guī)則得其中一部分優(yōu)化，更多得偏重于SQL中得基本操作符，如表、列、函數(shù)、聚合、分組、排序等元素得解析和設(shè)置以及一些顯而易見(jiàn)得結(jié)構(gòu)變化。下一篇文章我們將繼續(xù)介紹子查詢、分區(qū)表和JOIN操作得轉(zhuǎn)換部分，敬請(qǐng)期待。
四 參考資料PolarDB 是阿里巴巴自主研發(fā)得云原生分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，于上年年進(jìn)入Gartner全球數(shù)據(jù)庫(kù)Leader象限，并獲得了上年年華夏電子學(xué)會(huì)頒發(fā)得科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。PolarDB 基于云原生分布式數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)，提供大規(guī)模在線事務(wù)處理能力，兼具對(duì)復(fù)雜查詢得并行處理能力，在云原生分布式數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域整體達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，并且得到了廣泛得市場(chǎng)認(rèn)可。在阿里巴巴集團(tuán)內(nèi)部得可靠些實(shí)踐中，PolarDB還全面支撐了上年年天貓雙十一，并刷新了數(shù)據(jù)庫(kù)處理峰值記錄，高達(dá)1.4億TPS。歡迎有志之士加入我們，簡(jiǎn)歷請(qǐng)投遞到daoke.wangc等alibaba-inc，期待與您共同打造世界一流得下一代云原生分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。
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