求MySQL 中JOIN 的详细用法

1. Nested-Loop Join 翻译过来就是嵌套循环连接，简称 NLJ。

这种是 MySQL 里最简单、最容易理解的表关联算法。

比如，拿语句 select * from p1 join p2 using(r1) 来说，

先从表 p1 里拿出来一条记录 ROW1，完了再用 ROW1 遍历表 p2 里的每一条记录，并且字段 r1 来做匹配是否相同，以便输出；再次循环刚才的过程，直到两表的记录数对比完成为止。

2. Block Nested-Loop Join ，块嵌套循环，简称 BNLJ

那 BNLJ 比 NLJ 来说，中间多了一块 BUFFER 来缓存外表的对应记录从而减少了外表的循环次数，也就减少了内表的匹配次数。还是那上面的例子来说，假设 join_buffer_size 刚好能容纳外表的对应 JOIN KEY 记录，那对表 p2 匹配次数就由 1000 次减少到 1 次，性能直接提升了 1000 倍。

3. 最近 MySQL 8.0.18 发布，终于推出了新的 JOIN 算法 — HASH JOIN。

MySQL 的 HASH JOIN 也是用了 JOIN BUFFER 来做缓存，但是和 BNLJ 不同的是，它在 JOIN BUFFER 中以外表为基础建立一张哈希表，内表通过哈希算法来跟哈希表进行匹配，hash join 也就是进一步减少内表的匹配次数。当然官方并没有说明详细的算法描述，以上仅代表个人臆想。那还是针对以上的 SQL，我们来看下执行计划。

常听说MySQL中3表 join 的执行流程并不是前两张表 join 得出结果，再与第三张表进行 join；而是3表嵌套的循环连接。那这个3表嵌套的循环连接具体又是个什么流程呢？与前两张表 join 得出结果再与第三张表进行 join 的执行效率相比如何呢？下面通过一个例子来分析分析。

set optimizer_switch='block_nested_loop=off'

关联字段无索引的情况下强制使用索引嵌套循环连接算法，目的是更好的观察扫描行数。

表结构和数据如下：

示例SQL：

通过 slow log 得知一共扫描 24100 行：

执行计划显示用的索引嵌套循环连接算法：

扫描行数构成：

总行数=100+4000+20000=24100。

从这个结果来看，join 过程像是先 t1 和 t3 join 得出 20 行中间结果，再与 t2 进行 join 得出结果。这结论与我们通常认为的 3表 join 实际上是3表嵌套的循环连接不一样，接着往下看。

查看执行计划成本：

mysql>explain format=json select * from t1 join t2 on t1.b=t2.b join t3 on t1.b=t3.b where t1.a<21\G

其他信息：

IO成本= 1*1.0 =1

CPU成本= 100*0.2 =20

t1总成本=21

IO成本= 1*1.0 =1

CPU成本= 200*0.2 =40

t3表总成本= 驱动表扇出*(IO成本+CPU成本) = 20*(1+40) =820

阶段性总成本= 21+820 =841

此处 eval_cost=80，实则为 驱动表扇出*被驱动每次扫描行数*filtered*成本常数 ，即 20*200*10%*0.2 。

简化公式为： eval_cost=rows_produced_per_json*成本常数

IO成本= 4*1.0 =4

CPU成本= 1000*0.2 =200

t2表总成本= 前2表join的扇出*(IO成本+CPU成本) = 400*(4+200) =81600

阶段性总成本= 841+81600 =82441

此处 eval_cost=8000，即 rows_produced_per_json*成本常数 ，即 40000*0.2

根据执行计划成本分析：

这样看，3表 join 流程是：

注意，由于造的数据比较特殊，所以第 3 步得出的中间结果集实际上只有 1行，所以最终 t2 表的查找次数是 20*1=20 ，所以扫描总行数是 20*1000 。所以单看 slow log 中显示的 24100 行，会误认为是先得出 t1 和 t3 join 的结果，再去和 t2 进行 join。

当我调整 t3 的数据，删除20行，再插入20行，使满足 b<21 的数据翻倍，这样“第 3 步得出的中间结果集”变成 2 行：

再来看slow log 中扫描的总行数为44100，t1、t3的扫描行数不变，t2 的扫描行数变为 20*2*1000=40000 ：

为什么执行计划中分析得到的是 t2 表查找 400 次呢？

因为执行计划对t1 join t3 的扇出是个估算值，不准确。而 slow log 是真实执行后统计的，是个准确值。

为什么执行计划中，t2表的执行次数是用“t1 join t3 的扇出”表示的？这不是说明 t1 先和 t3 join，结果再和 t2 join？

其实拆解来看，“3表嵌套循环” 和 “前2表 join 的结果和第3张表 join” 两种算法，成本是一样的，而且如果要按3表嵌套循环的方式展示每张表的成本将非常复杂，可读性不强。所以执行计划中这么表示没有问题。

总的来说，对于3表join或者多表join 来说，“3表嵌套循环” 和 “先2表 join，结果和第3张表join” 两种算法，成本是一样的。要注意的一点是3表嵌套循环成本并非如下图写的：n m x，而是 n (m+a x)，其中 a 为 t2 满足单个等值条件的平均值。

当被驱动表的关联字段不是唯一索引，或者没有索引，每次扫描行数会大于1时，其扇出误差会非常大。比如在上面的示例中：

t3 实际的扇出只有 20，但优化器估算值是 总扫描行数的 10%，由于t3表的关联字段没有索引，所以每次都要全表扫描200行，总的扫描行数= 20*200 =4000，扇出= 4000*10% =400，比实际的20大了20倍。尤其对于后续表的 join 来说，成本估算会产生更严重的偏差。

如果是 left join，每个被驱动表的 filtered 都会被优化器认定为 100%，误差更大！

通常建议join不超过2表，就是因为优化器估算成本误差大导致选择不好的执行计划，如果要用，一定要记住：关联字段必须要有索引，最好有唯一性或者基数大。

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