Mysql数据库调优和性能优化的21条最佳实践
1. 简介
在Web应用程序体系架构中,数据持久层(通常是一个关系数据库)是关键的核心部分,它对系统的性能有非常重要的影响。MySQL是目前使用最多的开源数据库,但是MySQL数据库的默认设置性能非常的差,仅仅是一个玩具数据库。因此在产品中使用MySQL数据库必须进行必要的优化。
优化是一个复杂的任务,本文描述MySQL相关的数据库设计和查询优化,服务器端优化,存储引擎优化。
2. 数据库设计和查询优化
在MySQL
Server性能调优中,首先要考虑的就是Database Schema设计,这一点是非常重要的。一个糟糕的Schema设计即使在性能调优的MySQL Server上运行,也会表现出很差的性能;和Schema相似,查询语句的设计也会影响MySQL的性能,应该避免写出低效的SQL查询。这一节将详细讨论这两方面的优化。
2.1 Schema Design
Schema的优化取决于将要运行什么样的query,不同的query会有不同的Schema优化方案。2.2节将介绍Query Design的优化。Schema设计同样受到预期数据集大小的影响。Schema设计时主要考虑:标准化,数据类型,索引。
2.1.1 标准化
标准化是在数据库中组织数据的过程。其中包括,根据设计规则创建表并在这些表间建立关系;通过取消冗余度与不一致相关性,该设计规则可以同时保护数据并提高数据的灵活性。通常数据库标准化是让数据库设计符合某一级别的范式,通常满足第三范式即可。也有第四范式(也称为 Boyce Codd范式,BCNF))与第五范式存在,但是在实际设计中很少考虑。忽视这些规则可能使得数据库的设计不太完美,但这不应影响功能。
标准化的特点:
标准化和非标准化都有各自的优缺点,通常在一个数据库设计中可以混合使用,一部分表格标准化,一部分表格保留一些冗余数据:
2.1.3 索引
所有MySQL列类型可以被索引。对相关列使用索引是提高SELECT操作性能的最佳途径。使用索引应该注意以下几点:
2.2 Designing queries
查询语句的优化是一个Case by case的问题,不同的sql有不同的优化方案,在这里我只列出一些通用的技巧。
3.2
服务器设置优化
MySQL默认的设置性能很差,所以要做一些参数的调整。这一节介绍一些通用的参数调整,不涉及具体的存储引擎(主要指MyISAM,InnoDB,相关优化在4中介绍)。
4. 存储引擎优化
MySQL支持不同的存储引擎,主要使用的有MyISAM和InnoDB。
4.1
MyISAM
MyISAM管理非事务表。它提供高速存储和检索,以及全文搜索能力。MyISAM在所有MySQL配置里被支持,它是默认的存储引擎,除非配置MySQL默认使用另外一个引擎。
4.1.1
MyISAM特性
4.1.1.1
MyISAM Properties
1) 不支持事务,宕机会破坏表
2) 使用较小的内存和磁盘空间
3) 基于表的锁,并发更新数据会出现严重性能问题
4) MySQL只缓存Index,数据由OS缓存
1) 日志系统
2) 只读或者绝大部分是读操作的应用
3) 全表扫描
4) 批量导入数据
5) 没有事务的低并发读/写
a) SET GLOBAL test.key_buffer_size=512*1024;
b) CACHE INDEX t1.i1, t2.i1, t3 IN test;
2) Preload index到Cache中可以提高查询速度。因为preloading
index是顺序的,所以非常快。
a) LOAD INDEX INTO CACHE t1, t2 IGNORE LEAVES;
1) 需要事务的应用。
2) 高并发的应用。
3) 自动恢复。
4) 较快速的基于主键的操作。
innodb_data_file_path:指定表数据和索引存储的空间,可以是一个或者多个文件。最后一个数据文件必须是自动扩充的,也只有最后一个文件允许自动扩充。这样,当空间用完后,自动扩充数据文件就会自动增长(以8MB为单位)以容纳额外的数据。例如:
innodb_data_file_path=/disk1/ibdata1:900M;/disk2/ibdata2:50M:autoextend两个数据文件放在不同的磁盘上。数据首先放在ibdata1中,当达到900M以后,数据就放在ibdata2中。一旦达到50MB,ibdata2将以8MB为单位自动增长。如果磁盘满了,需要在另外的磁盘上面增加一个数据文件。
innodb_autoextend_increment: 默认是8M, 如果一次insert数据量比较多的话, 可以适当增加.
innodb_data_home_dir:放置表空间数据的目录,默认在mysql的数据目录,设置到和MySQL安装文件不同的分区可以提高性能。
innodb_log_file_size:该参数决定了recovery speed。太大的话recovery就会比较慢,太小了影响查询性能,一般取256M可以兼顾性能和recovery的速度
。
innodb_log_buffer_size:磁盘速度是很慢的,直接将log写道磁盘会影响InnoDB的性能,该参数设定了log
buffer的大小,一般4M。如果有大的blob操作,可以适当增大。
innodb_flush_logs_at_trx_commit=2: 该参数设定了事务提交时内存中log信息的处理。
innodb_file_per_table:可以存储每个InnoDB表和它的索引在它自己的文件中。
transaction-isolation=READ-COMITTED: 如果应用程序可以运行在READ-COMMITED隔离级别,做此设定会有一定的性能提升。
innodb_flush_method: 设置InnoDB同步IO的方式:
innodb_thread_concurrency: InnoDB kernel最大的线程数。
1) 最少设置为(num_disks+num_cpus)*2。
2) 可以通过设置成1000来禁止这个限制
5. 缓存
缓存有很多种,为应用程序加上适当的缓存策略会显著提高应用程序的性能。由于应用缓存是一个比较大的话题,所以这一部分还需要进一步调研。
6. Reference
1) http://www.mysqlperformanceblog.com/
2) Advanced MySQL Performance Optimization, Peter Zaitsev, Tobias Asplund,
MySQL Users Conference 2005
3) Improving MySQL Server Performance with Intel C++ Compiler,Peter Zaitsev,Linux World 2005
4) MySQL Performance Optimization, Peter Zaitsev, Percona Ltd, OPEN SOURCE
DATABASE CONFERENCE 2006
5) MySQL Server Settings Tuning, Peter Zaitsev, co-founder, Percona Ltd, 2007
6) MySQL Reference Manual
这里最主要的问题是,对于程序员来说,这个事情是很容易被忽略的。因为,我们某些查询语句会让MySQL不使用缓存。请看下面的示例:
使用 EXPLAIN 关键字可以让你知道MySQL是如何处理你的SQL语句的。这可以帮你分析你的查询语句或是表结构的性能瓶颈。
EXPLAIN 的查询结果还会告诉你你的索引主键被如何利用的,你的数据表是如何被搜索和排序的……等等,等等。
我们可以看到,前一个结果显示搜索了 7883 行,而后一个只是搜索了两个表的 9 和 16 行。查看rows列可以让我们找到潜在的性能问题。
当你查询表的有些时候,你已经知道结果只会有一条结果,但因为你可能需要去fetch游标,或是你也许会去检查返回的记录数。
在这种情况下,加上 LIMIT 1 可以增加性能。这样一样,MySQL数据库引擎会在找到一条数据后停止搜索,而不是继续往后查少下一条符合记录的数据。
下面的示例,只是为了找一下是否有“中国”的用户,很明显,后面的会比前面的更有效率。(请注意,第一条中是Select *,第二条是Select
1
索引并不一定就是给主键或是唯一的字段。如果在你的表中,有某个字段你总要会经常用来做搜索,那么,请为其建立索引吧。
从上图你可以看到那个搜索字串
“last_name LIKE ‘a%’”,一个是建了索引,一个是没有索引,性能差了4倍左右。
如果你的应用程序有很多 JOIN 查询,你应该确认两个表中Join的字段是被建过索引的。这样,MySQL内部会启动为你优化Join的SQL语句的机制。
想打乱返回的数据行?随机挑一个数据?真不知道谁发明了这种用法,但很多新手很喜欢这样用。但你确不了解这样做有多么可怕的性能问题。
从数据库里读出越多的数据,那么查询就会变得越慢。并且,如果你的数据库服务器和WEB服务器是两台独立的服务器的话,这还会增加网络传输的负载。
我们应该为数据库里的每张表都设置一个ID做为其主键,而且最好的是一个INT型的(推荐使用UNSIGNED),并设置上自动增加的AUTO_INCREMENT标志。
就算是你 users 表有一个主键叫 “email”的字段,你也别让它成为主键。使用 VARCHAR 类型来当主键会使用得性能下降。另外,在你的程序中,你应该使用表的ID来构造你的数据结构。
而且,在MySQL数据引擎下,还有一些操作需要使用主键,在这些情况下,主键的性能和设置变得非常重要,比如,集群,分区……
ENUM 类型是非常快和紧凑的。在实际上,其保存的是 TINYINT,但其外表上显示为字符串。这样一来,用这个字段来做一些选项列表变得相当的完美。
如果你有一个字段,比如“性别”,“国家”,“民族”,“状态”或“部门”,你知道这些字段的取值是有限而且固定的,那么,你应该使用
ENUM 而不是 VARCHAR。
10. 从 PROCEDURE ANALYSE() 取得建议
在phpmyadmin里,你可以在查看表时,点击 “Propose table
structure” 来查看这些建
一定要注意,这些只是建议,只有当你的表里的数据越来越多时,这些建议才会变得准确。一定要记住,你才是最终做决定的人。
除非你有一个很特别的原因去使用 NULL 值,你应该总是让你的字段保持 NOT NULL。这看起来好像有点争议,请往下看。
不要以为 NULL 不需要空间,其需要额外的空间,并且,在你进行比较的时候,你的程序会更复杂。 当然,这里并不是说你就不能使用NULL了,现实情况是很复杂的,依然会有些情况下,你需要使用NULL值。
Prepared Statements很像存储过程,是一种运行在后台的SQL语句集合,我们可以从使用 prepared statements
获得很多好处,无论是性能问题还是安全问题。
在性能方面,当一个相同的查询被使用多次的时候,这会为你带来可观的性能优势。你可以给这些Prepared
Statements定义一些参数,而MySQL只会解析一次。
虽然最新版本的MySQL在传输Prepared Statements是使用二进制形势,所以这会使得网络传输非常有效率。
当然,也有一些情况下,我们需要避免使用Prepared
Statements,因为其不支持查询缓存。但据说版本5.1后支持了。
在PHP中要使用prepared statements,你可以查看其使用手册:mysqli 扩展 或是使用数据库抽象层,如:
PDO.
正常的情况下,当你在当你在你的脚本中执行一个SQL语句的时候,你的程序会停在那里直到没这个SQL语句返回,然后你的程序再往下继续执行。你可以使用无缓冲查询来改变这个行为。
我们必需要使用UNSIGNED INT,因为 IP地址会使用整个32位的无符号整形。
固定长度的表会提高性能,因为MySQL搜寻得会更快一些,因为这些固定的长度是很容易计算下一个数据的偏移量的,所以读取的自然也会很快。而如果字段不是定长的,那么,每一次要找下一条的话,需要程序找到主键。
并且,固定长度的表也更容易被缓存和重建。不过,唯一的副作用是,固定长度的字段会浪费一些空间,因为定长的字段无论你用不用,他都是要分配那么多的空间。
使用“垂直分割”技术(见下一条),你可以分割你的表成为两个一个是定长的,一个则是不定长的。
“垂直分割”是一种把数据库中的表按列变成几张表的方法,这样可以降低表的复杂度和字段的数目,从而达到优化的目的。(以前,在银行做过项目,见过一张表有100多个字段,很恐怖)
另外,你需要注意的是,这些被分出去的字段所形成的表,你不会经常性地去Join他们,不然的话,这样的性能会比不分割时还要差,而且,会是极数级的下降。
如果你需要在一个在线的网站上去执行一个大的
DELETE 或 INSERT 查询,你需要非常小心,要避免你的操作让你的整个网站停止相应。因为这两个操作是会锁表的,表一锁住了,别的操作都进不来了。
Apache 会有很多的子进程或线程。所以,其工作起来相当有效率,而我们的服务器也不希望有太多的子进程,线程和数据库链接,这是极大的占服务器资源的事情,尤其是内存。
所以,如果你有一个大的处理,你定你一定把其拆分,使用
LIMIT 条件是一个好的方法。下面是一个示例:
对于大多数的数据库引擎来说,硬盘操作可能是最重大的瓶颈。所以,把你的数据变得紧凑会对这种情况非常有帮助,因为这减少了对硬盘的访问。
参看 MySQL 的文档 Storage Requirements 查看所有的数据类型。
在 MySQL 中有两个存储引擎 MyISAM 和 InnoDB,每个引擎都有利有弊。酷壳以前文章《MySQL: InnoDB 还是 MyISAM?》讨论和这个事情。
InnoDB 的趋势会是一个非常复杂的存储引擎,对于一些小的应用,它会比
MyISAM 还慢。他是它支持“行锁” ,于是在写操作比较多的时候,会更优秀。并且,他还支持更多的高级应用,比如:事务。
target=”_blank”MyISAM Storage
Engine
20. 使用一个对象关系映射器(Object Relational Mapper)
使用 ORM (Object Relational Mapper),你能够获得可靠的性能增涨。一个ORM可以做的所有事情,也能被手动的编写出来。但是,这需要一个高级专家。
ORM 的最重要的是“Lazy Loading”,也就是说,只有在需要的去取值的时候才会去真正的去做。但你也需要小心这种机制的副作用,因为这很有可能会因为要去创建很多很多小的查询反而会降低性能。
ORM 还可以把你的SQL语句打包成一个事务,这会比单独执行他们快得多得多。
在理论上来说,这听起来非常的不错。但是从个人经验(也是大多数人的)上来说,这个功能制造出来的麻烦事更多。因为,你只有有限的链接数,内存问题,文件句柄数,等等。
而且,Apache 运行在极端并行的环境中,会创建很多很多的了进程。这就是为什么这种“永久链接”的机制工作地不好的原因。在你决定要使用“永久链接”之前,你需要好好地考虑一下你的整个系统的架构。
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