MySQL -- 无过滤条件的count

count(*)

实现

1. MyISAM：将表的总行数存放在磁盘上，针对无过滤条件的查询可以直接返回
   • 如果有过滤条件的count(*)，MyISAM也不能很快返回
2. InnoDB：从存储引擎一行行地读出数据，然后累加计数
   • 由于MVCC，在同一时刻，InnoDB应该返回多少行是不确定

样例

假设表t有10000条记录

session A	session B	session C
BEGIN;
SELECT COUNT(*) FROM t;（返回10000）
		INSERT INTO t;（插入一行）
	BEGIN;
	INSERT INTO t（插入一行）;
SELECT COUNT(*) FROM t;（返回10000）	SELECT COUNT(*) FROM t;（返回10002）	SELECT COUNT(*) FROM T;（返回10001）

1. 最后时刻三个会话同时查询t的总行数，拿到的结果却是不同的
2. InnoDB默认事务隔离级别是RR，通过MVCC实现
   • 每个事务都需要判断每一行记录是否对自己可见

优化

1. InnoDB是索引组织表
   • 聚簇索引树：叶子节点是数据
   • 二级索引树：叶子节点是主键值
2. 二级索引树占用的空间比聚簇索引树小很多
3. 优化器会在保证逻辑正确的前提下，遍历最小的索引树，尽量减少扫描的数据量
   • 针对无过滤条件的count操作，无论遍历哪一颗索引树，效果都是一样的
   • 优化器会为count(*)选择最优的索引树

show table status

mysql> SHOW TABLE STATUS\G;
*************************** 1. row ***************************
           Name: t
         Engine: InnoDB
        Version: 10
     Row_format: Dynamic
           Rows: 100256
 Avg_row_length: 47
    Data_length: 4734976
Max_data_length: 0
   Index_length: 5275648
      Data_free: 0
 Auto_increment: NULL
    Create_time: 2019-02-01 17:49:07
    Update_time: NULL
     Check_time: NULL
      Collation: utf8_general_ci
       Checksum: NULL
 Create_options:
        Comment:

SHOW TABLE STATUS同样通过采样来估算（非常不精确），误差能到40%~50%

维护计数

缓存

方案

1. 用Redis来保存表的总行数（无过滤条件）
2. 这个表每插入一行，Redis计数+1，每删除一行，Redis计数-1

缺点

丢失更新

1. Redis可能会丢失更新
2. 解决方案：Redis异常重启后，到数据库执行一次count(*)
   • 异常重启并不常见，这时全表扫描的成本是可以接受的

逻辑不精确 – 致命

1. 场景：显示操作记录的总数和最近操作的100条记录
2. Redis和MySQL是两个不同的存储系统，_不支持分布式事务_，因此无法拿到精确的一致性视图

时序A
session B在T3时刻，查到的100行结果里面有最新插入的记录，但Redis还没有+1，_逻辑不一致_

时刻	session A	session B
T1
T2	插入一行数据R;
T3		读取Redis计数; 查询最近100条记录;
T4	Redis计数+1;

时序B
session B在T3时刻，查到的100行结果里面没有最新插入的记录，但Redis已经+1，_逻辑不一致_

时刻	session A	session B
T1
T2	Redis计数+1;
T3		读取Redis计数; 查询最近100条记录;
T4	插入一行数据R;

数据库

1. 把计数值放到数据库单独的一张计数表C中
2. 利用InnoDB的crash-safe的特性，解决了崩溃丢失的问题
3. 利用InnoDB的支持事务的特性，解决了一致性视图的问题
4. session B在T3时刻，session A的事务还未提交，表C的计数值+1对自己不可见，_逻辑一致_

时刻	session A	session B
T1
T2	BEGIN; 表C中的计数值+1;
T3		BEGIN; 读表C计数值; 查询最新100条记录; COMMIT;
T4	插入一行数据R; COMMIT;

count的性能

语义

1. count()是一个聚合函数，对于返回的结果集，一行一行地进行判断
   • 如果count函数的参数值不是NULL，累计值+1，否则不加，最后返回累计值
2. count(字段F)
   • 字段F有可能为NULL
   • 表示返回满足条件的结果集里字段F不为NULL的总数
3. count(主键ID)、count(1)、count(*)
   • 不可能为NULL
   • 表示返回满足条件的结果集的总数
4. Server层要什么字段，InnoDB引擎就返回什么字段
   • count(*)例外，_不返回整行_，只返回空行

性能对比

count(字段F)

1. 如果字段F定义为不允许为NULL，一行行地从记录里读出这个字段，判断通过后按行累加
   • 通过表结构判断该字段是不可能为NULL
2. 如果字段F定义为允许NULL，一行行地从记录里读出这个字段，判断通过后按行累加
   • 通过表结构判断该字段是有可能为NULL
   • 判断该字段值是否实际为NULL
3. 如果字段F上没有二级索引，只能遍历整张表（聚簇索引）
4. 由于InnoDB必须返回字段F，因此优化器能做出的优化决策将减少
   • 例如不能选择最优的索引来遍历

count(主键ID)

1. InnoDB会遍历整张表（聚簇索引），把每一行的id值取出来，返回给Server层
2. Server层拿到id后，判断为不可能为NULL，然后按行累加
3. 优化器可能会选择最优的索引来遍历

count(1)

1. InnoDB引擎会遍历整张表（聚簇索引），但不取值
2. Server层对于返回的每一行，放一个数字1进去，判断是不可能为NULL，按行累加
3. count(1)比count(主键ID)快，因为count(主键ID)会涉及到两部分操作
   • 解析数据行
   • 拷贝字段值

count(*)

1. count(*)不会把所有值都取出来，而是专门做了优化，不取值，因为『*』肯定不为NULL，按行累加
2. 不取值：InnoDB返回一个空行，告诉Server层不是NULL，可以计数

效率排序

1. count(字段F) < count(主键ID) < count(1) ≈ count(*)
2. 尽量使用count(*)

样例

mysql> SHOW CREATE TABLE prop_action_batch_reward\G;
*************************** 1. row ***************************
       Table: prop_action_batch_reward
Create Table: CREATE TABLE `prop_action_batch_reward` (
  `id` bigint(20) NOT NULL,
  `source` int(11) DEFAULT NULL,
  `serial_id` bigint(20) NOT NULL,
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  `user_ids` mediumtext,
  `serial_index` tinyint(4) DEFAULT '0',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uniq_serial_id_source_index` (`serial_id`,`source`,`serial_index`),
  KEY `idx_create_time` (`create_time`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

count(字段F)

无索引

user_ids上无索引，而InnoDB又必须返回user_ids字段，只能遍历聚簇索引

mysql> EXPLAIN SELECT COUNT(user_ids) FROM prop_action_batch_reward;
+----+-------------+--------------------------+------+---------------+------+---------+------+----------+-------+
| id | select_type | table                    | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows     | Extra |
+----+-------------+--------------------------+------+---------------+------+---------+------+----------+-------+
|  1 | SIMPLE      | prop_action_batch_reward | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 16435876 | NULL  |
+----+-------------+--------------------------+------+---------------+------+---------+------+----------+-------+

mysql> SELECT COUNT(user_ids) FROM prop_action_batch_reward;
+-----------------+
| count(user_ids) |
+-----------------+
|        17689788 |
+-----------------+
1 row in set (10.93 sec)

有索引

1. serial_id上有索引，可以遍历uniq_serial_id_source_index
2. 但由于InnoDB必须返回serial_id字段，因此不会遍历逻辑结果等价的更优选择idx_create_time
   • 如果选择idx_create_time，并且返回serial_id字段，这意味着必须回表

mysql> EXPLAIN SELECT COUNT(serial_id) FROM prop_action_batch_reward;
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------------------+---------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table                    | type  | possible_keys | key                         | key_len | ref  | rows     | Extra       |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------------------+---------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | prop_action_batch_reward | index | NULL          | uniq_serial_id_source_index | 15      | NULL | 16434890 | Using index |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------------------+---------+------+----------+-------------+

mysql> SELECT COUNT(serial_id) FROM prop_action_batch_reward;
+------------------+
| count(serial_id) |
+------------------+
|         17705069 |
+------------------+
1 row in set (5.04 sec)

count(主键ID)

优化器选择了最优的索引idx_create_time来遍历，而非聚簇索引

mysql> EXPLAIN SELECT COUNT(id) FROM prop_action_batch_reward;
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table                    | type  | possible_keys | key             | key_len | ref  | rows     | Extra       |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | prop_action_batch_reward | index | NULL          | idx_create_time | 5       | NULL | 16436797 | Using index |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+

mysql> SELECT COUNT(id) FROM prop_action_batch_reward;
+-----------+
| count(id) |
+-----------+
|  17705383 |
+-----------+
1 row in set (4.54 sec)

count(1)

mysql> EXPLAIN SELECT COUNT(1) FROM prop_action_batch_reward;
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table                    | type  | possible_keys | key             | key_len | ref  | rows     | Extra       |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | prop_action_batch_reward | index | NULL          | idx_create_time | 5       | NULL | 16437220 | Using index |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+

mysql> SELECT COUNT(1) FROM prop_action_batch_reward;
+----------+
| count(1) |
+----------+
| 17705808 |
+----------+
1 row in set (4.12 sec)

count(*)

mysql> EXPLAIN SELECT COUNT(*) FROM prop_action_batch_reward;
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table                    | type  | possible_keys | key             | key_len | ref  | rows     | Extra       |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | prop_action_batch_reward | index | NULL          | idx_create_time | 5       | NULL | 16437518 | Using index |
+----+-------------+--------------------------+-------+---------------+-----------------+---------+------+----------+-------------+

mysql> SELECT COUNT(*) FROM prop_action_batch_reward;
+----------+
| count(*) |
+----------+
| 17706074 |
+----------+
1 row in set (4.06 sec)

参考资料

《MySQL实战45讲》