MySQL表字段字符集不同导致的索引失效问题

1. 概述

昨天在一位同学的MySQL机器上面发现了这样一个问题,MySQL两张表做left join时,执行计划里面显示有一张表使用了全表扫描,扫描全表近100万行记录,大并发的这样的SQL过来数据库变得几乎不可用了。MySQL版本为官方5.7.12。

2. 问题重现

首先,表结构和表记录如下:

mysql> show create table t1\G
*************************** 1. row ***************************
Table: t1
Create Table: CREATE TABLE `t1` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(20) DEFAULT NULL,
`code` varchar(50) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_code` (`code`),
KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8
1 row in set (0.00 sec)

mysql> show create table t2\G
*************************** 1. row ***************************
Table: t2
Create Table: CREATE TABLE `t2` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(20) DEFAULT NULL,
`code` varchar(50) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_code` (`code`),
KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8mb4
1 row in set (0.00 sec)

mysql> select * from t1;
+----+------+----------------------------------+
| id | name | code |
+----+------+----------------------------------+
| 1 | aaaa | 0752b0e3c72d4f5c701728db8ea8a3f9 |
| 2 | bbbb | 36d8147db18d55e64c8b5ea8679328b7 |
| 3 | cccc | dc3bab5197eeb6b315204f0af563c961 |
| 4 | dddd | 1bb4dc313a54e4c0ee04644d2a1fe900 |
| 5 | eeee | f33180d7745079d2dfaaace2fdd74b2a |
+----+------+----------------------------------+
5 rows in set (0.00 sec)

mysql> select * from t2;
+----+------+----------------------------------+
| id | name | code |
+----+------+----------------------------------+
| 1 | aaaa | bca3bc1eb999136d6e6f877d9accc918 |
| 2 | bbbb | 77dd5d07ea1c458afd76c8a6d953cf0a |
| 3 | cccc | 3ac617d1857444e5383f074c60af7efd |
| 4 | dddd | 8a77a32a7e0825f7c8634226105c42e5 |
| 5 | eeee | 0c7fc18b8995e9e31ca774b1312be035 |
+----+------+----------------------------------+
5 rows in set (0.00 sec)

2张表left join的执行计划如下:

mysql> desc select * from t2 left join t1 on t1.code = t2.code where t2.name = 'dddd'\G
*************************** 1. row ***************************
id: 1
select_type: SIMPLE
table: t2
partitions: NULL
type: ref
possible_keys: idx_name
key: idx_name
key_len: 83
ref: const
rows: 1
filtered: 100.00
Extra: NULL
*************************** 2. row ***************************
id: 1
select_type: SIMPLE
table: t1
partitions: NULL
type: ALL
possible_keys: NULL
key: NULL
key_len: NULL
ref: NULL
rows: 5
filtered: 100.00
Extra: Using where; Using join buffer (Block Nested Loop)
2 rows in set, 1 warning (0.01 sec)

可以明显地看到,t2.name = 'dddd'使用了索引,而t1.code = t2.code这个关联条件没有使用到t1.code上面的索引,一开始Scott也百思不得其解,但是机器不会骗人。Scott用show warnings查看改写后的执行计划如下:

mysql> show warnings;
+-------+------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Level | Code | Message |
+-------+------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Note | 1003 | /* select#1 */ select `testdb`.`t2`.`id` AS `id`,`testdb`.`t2`.`name` AS `name`,`testdb`.`t2`.`code` AS `code`,`testdb`.`t1`.`id` AS `id`,`testdb`.`t1`.`name` AS `name`,`testdb`.`t1`.`code` AS `code` from `testdb`.`t2` left join `testdb`.`t1` on((convert(`testdb`.`t1`.`code` using utf8mb4) = `testdb`.`t2`.`code`)) where (`testdb`.`t2`.`name` = 'dddd') |
+-------+------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

在发现了convert(testdb.t1.code using utf8mb4)之后,Scott发现2个表的字符集不一样。t1为utf8,t2为utf8mb4。但是为什么表字符集不一样(实际是字段字符集不一样)就会导致t1全表扫描呢?下面来做分析。

(1)首先t2 left join t1决定了t2是驱动表,这一步相当于执行了select * from t2 where t2.name = 'dddd',取出code字段的值,这里为'8a77a32a7e0825f7c8634226105c42e5';

(2)然后拿t2查到的code的值根据join条件去t1里面查找,这一步就相当于执行了select * from t1 where t1.code = '8a77a32a7e0825f7c8634226105c42e5';

(3)但是由于第(1)步里面t2表取出的code字段是utf8mb4字符集,而t1表里面的code是utf8字符集,这里需要做字符集转换,字符集转换遵循由小到大的原则,因为utf8mb4是utf8的超集,所以这里把utf8转换成utf8mb4,即把t1.code转换成utf8mb4字符集,转换了之后,由于t1.code上面的索引仍然是utf8字符集,所以这个索引就被执行计划忽略了,然后t1表只能选择全表扫描。更糟糕的是,如果t2筛选出来的记录不止1条,那么t1就会被全表扫描多次,性能之差可想而知。

3. 问题解决

既然原因已经清楚了,如何解决呢?当然是改字符集了,把t1改成和t2一样或者把t2改成t1都可以,这里选择把t1转成utf8mb4。那怎么转字符集呢?

有的同学会说用alter table t1 charset utf8mb4;但这是错的,这只是改了表的默认字符集,即新的字段才会使用utf8mb4,已经存在的字段仍然是utf8。

mysql> alter table t1 charset utf8mb4;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0

mysql> show create table t1\G
*************************** 1. row ***************************
Table: t1
Create Table: CREATE TABLE `t1` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(20) CHARACTER SET utf8 DEFAULT NULL,
`code` varchar(50) CHARACTER SET utf8 DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_code` (`code`),
KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8mb4
1 row in set (0.00 sec)

只有用alter table t1 convert to charset utf8mb4;才是正确的。

但是还要注意一点,alter table 改字符集的操作是阻塞写的(用lock = node会报错)所以业务高峰时请不要操作,即使在业务低峰时期,大表的操作仍然建议使用pt-online-schema-change在线修改字符集。

mysql> alter table t1 convert to charset utf8mb4, lock=none;
ERROR 1846 (0A000): LOCK=NONE is not supported. Reason: Cannot change column type INPLACE. Try LOCK=SHARED.
mysql> alter table t1 convert to charset utf8mb4, lock=shared;
Query OK, 5 rows affected (0.04 sec)
Records: 5 Duplicates: 0 Warnings: 0

mysql> show create table t1\G
*************************** 1. row ***************************
Table: t1
Create Table: CREATE TABLE `t1` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` varchar(20) DEFAULT NULL,
`code` varchar(50) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_code` (`code`),
KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8mb4
1 row in set (0.00 sec)

现在再来查看执行计划,可以看到已经没问题了。

mysql> desc select * from t2 join t1 on t1.code = t2.code where t2.name = 'dddd'\G
*************************** 1. row ***************************
id: 1
select_type: SIMPLE
table: t2
partitions: NULL
type: ref
possible_keys: idx_code,idx_name
key: idx_name
key_len: 83
ref: const
rows: 1
filtered: 100.00
Extra: Using where
*************************** 2. row ***************************
id: 1
select_type: SIMPLE
table: t1
partitions: NULL
type: ref
possible_keys: idx_code
key: idx_code
key_len: 203
ref: testdb.t2.code
rows: 1
filtered: 100.00
Extra: NULL
2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

4. 注意点

(1)表字符集不同时,可能导致join的SQL使用不到索引,引起严重的性能问题;

(2)SQL上线前要做好SQL Review工作,尽量在和生产环境一样的环境下Review;

(3)改字符集的alter table操作会阻塞写,尽量在业务低峰操作,建议用pt-online-schema-change;

(4)表结构字符集要保持一致,发布时要做好审核工作;

(5)如果要大批量修改表的字符集,同样做好SQL的Review工作,关联的表的字符集一起做修改。

5. 问题讨论

最后问一个问题,假设现在t1和t2表的字符集还未修改,如果上面那个问题SQL换成如下(即把t2 left join t1换成t1 left join t2),还会出现索引失效问题吗?为什么?

select * from t1 join t2 on t1.code = t2.code where t1.name = 'dddd'

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