Mysql数据库group by原理详解

引言

日常开发中，我们经常会使用到group by。亲爱的小伙伴，你是否知道group by的工作原理呢？group by和having有什么区别呢？group by的优化思路是怎样的呢？使用group by有哪些需要注意的问题呢？本文将跟大家一起来学习，攻克group by~

使用group by的简单例子
group by 工作原理
group by + where 和 having的区别
group by 优化思路
group by 使用注意点
一个生产慢sql如何优化

1. 使用group by的简单例子

group by一般用于分组统计，它表达的逻辑就是根据一定的规则，进行分组。我们先从一个简单的例子，一起来复习一下哈。

假设用一张员工表，表结构如下：

create table `staff` (
  `id` bigint(11) not null auto_increment comment '主键id',
  `id_card` varchar(20) not null comment '身份证号码',
  `name` varchar(64) not null comment '姓名',
  `age` int(4) not null comment '年龄',
  `city` varchar(64) not null comment '城市',
  primary key (`id`)
) engine=innodb auto_increment=15 default charset=utf8 comment='员工表';

表存量的数据如下：

我们现在有这么一个需求：统计每个城市的员工数量。对应的 sql 语句就可以这么写：

select city ,count(*) as num from staff group by city;

执行结果如下：

这条sql语句的逻辑很清楚啦，但是它的底层执行流程是怎样的呢？

2. group by 原理分析

2.1 explain 分析

我们先用explain查看一下执行计划

explain select city ,count(*) as num from staff group by city;

extra 这个字段的using temporary表示在执行分组的时候使用了临时表
extra 这个字段的using filesort表示使用了排序

group by 怎么就使用到临时表和排序了呢？我们来看下这个sql的执行流程

2.2 group by 的简单执行流程

explain select city ,count(*) as num from staff group by city;

我们一起来看下这个sql的执行流程哈

创建内存临时表，表里有两个字段city和num；
全表扫描staff的记录，依次取出city = ‘x’的记录。
判断临时表中是否有为 city=’x’的行，没有就插入一个记录 (x,1);
如果临时表中有city=’x’的行的行，就将x 这一行的num值加 1；
遍历完成后，再根据字段city做排序，得到结果集返回给客户端。

这个流程的执行图如下：

临时表的排序是怎样的呢？

就是把需要排序的字段，放到sort buffer，排完就返回。在这里注意一点哈，排序分全字段排序和rowid排序

如果是全字段排序，需要查询返回的字段，都放入sort buffer，根据排序字段排完，直接返回

如果是rowid排序，只是需要排序的字段放入sort buffer，然后多一次回表操作，再返回。

怎么确定走的是全字段排序还是rowid 排序排序呢？由一个数据库参数控制的，max_length_for_sort_data

对排序有兴趣深入了解的小伙伴，可以看我这篇文章哈。

3. where 和 having的区别

group by + where 的执行流程
group by + having 的执行流程
同时有where、group by 、having的执行顺序

3.1 group by + where 的执行流程

有些小伙伴觉得上一小节的sql太简单啦，如果加了where条件之后，并且where条件列加了索引呢，执行流程是怎样？

好的，我们给它加个条件，并且加个idx_age的索引，如下：

select city ,count(*) as num from staff where age&gt; 30 group by city;
//加索引
alter table staff add index idx_age (age);

再来expain分析一下：

explain select city ,count(*) as num from staff where age&gt; 30 group by city;

从explain 执行计划结果，可以发现查询条件命中了idx_age的索引，并且使用了临时表和排序

using index condition:

表示索引下推优化，根据索引尽可能的过滤数据,然后再返回给服务器层根据where其他条件进行过滤。这里单个索引为什么会出现索引下推呢？explain出现并不代表一定是使用了索引下推，只是代表可以使用，但是不一定用了。大家如果有想法或者有疑问，可以加我微信讨论哈。

执行流程如下：

创建内存临时表，表里有两个字段city和num；
扫描索引树idx_age，找到大于年龄大于30的主键id
通过主键id，回表找到city = ‘x’
判断临时表中是否有为 city=’x’的行，没有就插入一个记录 (x,1);
如果临时表中有city=’x’的行的行，就将x 这一行的num值加 1；
继续重复2,3步骤，找到所有满足条件的数据，

最后根据字段city做排序，得到结果集返回给客户端。

3.2 group by + having 的执行

如果你要查询每个城市的员工数量，获取到员工数量不低于3的城市，having可以很好解决你的问题，sql酱紫写：

select city ,count(*) as num from staff  group by city having num &gt;= 3;

查询结果如下：

having称为分组过滤条件，它对返回的结果集操作。

3.3 同时有where、group by 、having的执行顺序

如果一个sql同时含有where、group by、having子句，执行顺序是怎样的呢。

比如这个sql：

select city ,count(*) as num from staff  where age&gt; 19 group by city having num &gt;= 3;

执行where子句查找符合年龄大于19的员工数据

group by子句对员工数据，根据城市分组。

对group by子句形成的城市组，运行聚集函数计算每一组的员工数量值；

最后用having子句选出员工数量大于等于3的城市组。

3.4 where + having 区别总结

having子句用于分组后筛选，where子句用于行条件筛选

having一般都是配合group by 和聚合函数一起出现如(count(),sum(),avg(),max(),min())

where条件子句中不能使用聚集函数，而having子句就可以。

having只能用在group by之后，where执行在group by之前

4. 使用 group by 注意的问题

使用group by 主要有这几点需要注意：

group by一定要配合聚合函数一起使用嘛？

group by的字段一定要出现在select中嘛

group by导致的慢sql问题

4.1 group by一定要配合聚合函数使用嘛？

group by 就是分组统计的意思，一般情况都是配合聚合函数如（count(),sum(),avg(),max(),min())一起使用。

count() 数量
sum() 总和
avg() 平均
max() 最大值
min() 最小值

如果没有配合聚合函数使用可以吗？

我用的是mysql 5.7 ，是可以的。不会报错，并且返回的是，分组的第一行数据。

比如这个sql：

select city,id_card,age from staff group by  city;

查询结果是

大家对比看下，返回的就是每个分组的第一条数据

当然，平时大家使用的时候，group by还是配合聚合函数使用的，除非一些特殊场景，比如你想去重，当然去重用distinct也是可以的。

4.2 group by 后面跟的字段一定要出现在select中嘛。

不一定，比如以下sql：

select max(age)  from staff group by city;

执行结果如下：

分组字段city不在select 后面，并不会报错。当然，这个可能跟不同的数据库，不同的版本有关吧。大家使用的时候，可以先验证一下就好。有一句话叫做，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

4.3 group by导致的慢sql问题

到了最重要的一个注意问题啦，group by使用不当，很容易就会产生慢sql 问题。因为它既用到临时表，又默认用到排序。有时候还可能用到磁盘临时表。

如果执行过程中，会发现内存临时表大小到达了上限（控制这个上限的参数就是tmp_table_size），会把内存临时表转成磁盘临时表。
如果数据量很大，很可能这个查询需要的磁盘临时表，就会占用大量的磁盘空间。

这些都是导致慢sql的x因素，我们一起来探讨优化方案哈。

5. group by的一些优化方案

从哪些方向去优化呢？

方向1：既然它默认会排序，我们不给它排是不是就行啦。
方向2：既然临时表是影响group by性能的x因素，我们是不是可以不用临时表？

我们一起来想下，执行group by语句为什么需要临时表呢？group by的语义逻辑，就是统计不同的值出现的个数。如果这个这些值一开始就是有序的，我们是不是直接往下扫描统计就好了，就不用临时表来记录并统计结果啦?

group by 后面的字段加索引
order by null 不用排序
尽量只使用内存临时表
使用sql_big_result

5.1 group by 后面的字段加索引

如何保证group by后面的字段数值一开始就是有序的呢？当然就是加索引啦。

我们回到一下这个sql

select city ,count(*) as num from staff where age= 19 group by city;

它的执行计划

如果我们给它加个联合索引idx_age_city（age,city）

alter table staff add index idx_age_city(age,city);

再去看执行计划，发现既不用排序，也不需要临时表啦。

加合适的索引是优化group by最简单有效的优化方式。

5.2 order by null 不用排序

并不是所有场景都适合加索引的，如果碰上不适合创建索引的场景，我们如何优化呢？

如果你的需求并不需要对结果集进行排序，可以使用order by null。

select city ,count(*) as num from staff group by city order by null

执行计划如下，已经没有filesort啦

5.3 尽量只使用内存临时表

如果group by需要统计的数据不多，我们可以尽量只使用内存临时表；因为如果group by 的过程因为内存临时表放不下数据，从而用到磁盘临时表的话，是比较耗时的。因此可以适当调大tmp_table_size参数，来避免用到磁盘临时表。

5.4 使用sql_big_result优化

如果数据量实在太大怎么办呢？总不能无限调大tmp_table_size吧？但也不能眼睁睁看着数据先放到内存临时表，随着数据插入发现到达上限，再转成磁盘临时表吧？这样就有点不智能啦。

因此，如果预估数据量比较大，我们使用sql_big_result 这个提示直接用磁盘临时表。mysql优化器发现，磁盘临时表是b+树存储，存储效率不如数组来得高。因此会直接用数组来存

示例sql如下：

select sql_big_result city ,count(*) as num from staff group by city;

执行计划的extra字段可以看到，执行没有再使用临时表，而是只有排序