MySQL SQL性能分析 – 美食与梦想

本文探讨如何深入SQL内部，去分析其性能，包括了三种方式：

SHOW PROFILE : 简单方便，已废弃
INFORMATION_SCHEMA.PROFILING 和SHOW PROFILE本质上是一样的，等同于SHOW PROFILE的马甲，也已废弃
PERFORMANCE_SCHEMA：未来之光，但是目前来说使用不够方便

SHOW PROFILE

SHOW PROFILE是MySQL的一个性能分析命令，可以跟踪SQL各种资源消耗。使用格式如下：

SHOW PROFILE [type [, type] ... ]
    [FOR QUERY n]
    [LIMIT row_count [OFFSET offset]]

type: {
    ALL                     显示所有信息
  | BLOCK IO                显示阻塞的输入输出次数
  | CONTEXT SWITCHES                显示自愿及非自愿的上下文切换次数
  | CPU                                         显示用户与系统CPU使用时间
  | IPC                                         显示消息发送与接收的次数
  | MEMORY                                  显示内存相关的开销，目前未实现此功能
  | PAGE FAULTS                         显示页错误相关开销信息
  | SOURCE                                  列出相应操作对应的函数名及其在源码中的位置(行)
  | SWAPS                                       显示swap交换次数
}

默认情况下，SHOW PROFILE只展示Status和Duration两列，如果想展示更多信息，可指定type。
使用步骤如下：

使用如下命令，查看是否支持SHOW PROFILE功能，yes标志支持。从MySQL 5.0.37开始，MySQL支持SHOW PROFILE。
```
select @@have_profiling;
```
查看当前是否启用了SHOW PROFILE，0表示未启用，1表示已启用
```
select @@profiling;
```
使用如下命令为当前会话开启或关闭性能分析，设成1表示开启，0表示关闭
```
set profiling = 1;
```
使用SHOW PROFILES命令，可为最近发送的SQL语句做一个概要的性能分析。展示的条目数目由profiling_history_size会话变量控制，该变量的默认值为15。最大值为100。将值设置为0具有禁用分析的实际效果。
```
# 默认展示15条
show profiles
# 使用profiling_history_size调整展示的条目数
set profiling_history_size = 100;
```
使用show profile分析指定查询：

mysql> SHOW PROFILES;
+----------+----------+--------------------------+
| Query_ID | Duration | Query                    |
+----------+----------+--------------------------+
|        0 | 0.000088 | SET PROFILING = 1        |
|        1 | 0.000136 | DROP TABLE IF EXISTS t1  |
|        2 | 0.011947 | CREATE TABLE t1 (id INT) |
+----------+----------+--------------------------+
3 rows in set (0.00 sec)

mysql> SHOW PROFILE;
+----------------------+----------+
| Status               | Duration |
+----------------------+----------+
| checking permissions | 0.000040 |
| creating table       | 0.000056 |
| After create         | 0.011363 |
| query end            | 0.000375 |
| freeing items        | 0.000089 |
| logging slow query   | 0.000019 |
| cleaning up          | 0.000005 |
+----------------------+----------+
7 rows in set (0.00 sec)

-- 默认情况下，只展示Status和Duration两列，如果想展示更多信息，可指定type。
mysql> SHOW PROFILE FOR QUERY 1;
+--------------------+----------+
| Status             | Duration |
+--------------------+----------+
| query end          | 0.000107 |
| freeing items      | 0.000008 |
| logging slow query | 0.000015 |
| cleaning up        | 0.000006 |
+--------------------+----------+
4 rows in set (0.00 sec)

-- 展示CPU相关的开销
mysql> SHOW PROFILE CPU FOR QUERY 2;
+----------------------+----------+----------+------------+
| Status               | Duration | CPU_user | CPU_system |
+----------------------+----------+----------+------------+
| checking permissions | 0.000040 | 0.000038 |   0.000002 |
| creating table       | 0.000056 | 0.000028 |   0.000028 |
| After create         | 0.011363 | 0.000217 |   0.001571 |
| query end            | 0.000375 | 0.000013 |   0.000028 |
| freeing items        | 0.000089 | 0.000010 |   0.000014 |
| logging slow query   | 0.000019 | 0.000009 |   0.000010 |
| cleaning up          | 0.000005 | 0.000003 |   0.000002 |
+----------------------+----------+----------+------------+
7 rows in set (0.00 sec)

分析完成后，记得关闭掉SHOW PROFILE功能：

set profiling = 0;

MySQL官方文档声明SHOW PROFILE已被废弃，并建议使用Performance Schema作为替代品。
在某些系统上，性能分析只有部分功能可用。比如，部分功能在Windows系统下无效（show profile使用了getrusage()这个API，而在Windows上将会返回false，因为Windows不支持这个API）；此外，性能分析是进程级的，而不是线程级的，这意味着其他线程的活动可能会影响到你看到的计时信息。

INFORMATION_SCHEMA.PROFILING

INFORMATION_SCHEMA.PROFILING用来做性能分析。它的内容对应SHOW PROFILE和SHOW PROFILES 语句产生的信息。除非设置了 set profiling = 1; ，否则该表不会有任何数据。该表包括以下字段：

QUERY_ID：语句的唯一标识
SEQ：一个序号，展示具有相同QUERY_ID值的行的显示顺序
STATE：分析状态
DURATION：在这个状态下持续了多久（秒）
CPU_USER，CPU_SYSTEM：用户和系统CPU使用情况（秒）
CONTEXT_VOLUNTARY，CONTEXT_INVOLUNTARY：发生了多少自愿和非自愿的上下文转换
BLOCK_OPS_IN，BLOCK_OPS_OUT：块输入和输出操作的数量
MESSAGES_SENT，MESSAGES_RECEIVED：发送和接收的消息数
PAGE_FAULTS_MAJOR，PAGE_FAULTS_MINOR：主要和次要的页错误信息
SWAPS：发生了多少SWAP
SOURCE_FUNCTION，SOURCE_FILE，SOURCE_LINE：当前状态是在源码的哪里执行的

SHOW PROFILE本质上使用的也是INFORMATION_SCHEMA.PROFILING表；
INFORMATION_SCHEMA.PROFILING表已被废弃，在未来可能会被删除。未来将可使用Performance Schema替代，详见 https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/performance-schema-query-profiling.html

下面两个SQL是等价的：

SHOW PROFILE FOR QUERY 2;

SELECT STATE, FORMAT(DURATION, 6) AS DURATION
FROM INFORMATION_SCHEMA.PROFILING
WHERE QUERY_ID = 2 ORDER BY SEQ;

PERFORMANCE_SCHEMA

PERFORMANCE_SCHEMA是MySQL建议的性能分析方式，未来SHOW PROFILE、INFORMATION_SCHEMA.PROFILING都会废弃。据笔者研究，PERFORMANCE_SCHEMA在MySQL 5.6引入，因此，在MySQL 5.6及更高版本才能使用。可使用SHOW VARIABLES LIKE 'performance_schema'; 查看启用情况，MySQL 5.7开始默认启用。
下面来用PERFORMANCE_SCHEMA去实现SHOW PROFILE类似的效果：

查看是否开启性能监控

mysql> SELECT * FROM performance_schema.setup_actors;
+------+------+------+---------+---------+
| HOST | USER | ROLE | ENABLED | HISTORY |
+------+------+------+---------+---------+
| %    | %    | %    | YES     | YES     |
+------+------+------+---------+---------+

默认是开启的。
也可以执行类似如下的SQL语句，只监控指定用户执行的SQL：

mysql> UPDATE performance_schema.setup_actors
       SET ENABLED = 'NO', HISTORY = 'NO'
       WHERE HOST = '%' AND USER = '%';

mysql> INSERT INTO performance_schema.setup_actors
       (HOST,USER,ROLE,ENABLED,HISTORY)
       VALUES('localhost','test_user','%','YES','YES');

这样，就只会监控localhost机器上test_user用户发送过来的SQL。其他主机、其他用户发过来的SQL统统不监控。

执行如下SQL语句，开启相关监控项：

mysql> UPDATE performance_schema.setup_instruments
       SET ENABLED = 'YES', TIMED = 'YES'
       WHERE NAME LIKE '%statement/%';

mysql> UPDATE performance_schema.setup_instruments
       SET ENABLED = 'YES', TIMED = 'YES'
       WHERE NAME LIKE '%stage/%';

mysql> UPDATE performance_schema.setup_consumers
       SET ENABLED = 'YES'
       WHERE NAME LIKE '%events_statements_%';

mysql> UPDATE performance_schema.setup_consumers
       SET ENABLED = 'YES'
       WHERE NAME LIKE '%events_stages_%';

使用开启监控的用户，执行SQL语句，比如：

mysql> SELECT * FROM employees.employees WHERE emp_no = 10001;
+--------+------------+------------+-----------+--------+------------+
| emp_no | birth_date | first_name | last_name | gender | hire_date |
+--------+------------+------------+-----------+--------+------------+
|  10001 | 1953-09-02 | Georgi     | Facello   | M      | 1986-06-26 |
+--------+------------+------------+-----------+--------+------------+

执行如下SQL，获得语句的EVENT_ID。

mysql> SELECT EVENT_ID, TRUNCATE(TIMER_WAIT/1000000000000,6) as Duration, SQL_TEXT
       FROM performance_schema.events_statements_history_long WHERE SQL_TEXT like '%10001%';
+----------+----------+--------------------------------------------------------+
| event_id | duration | sql_text                                               |
+----------+----------+--------------------------------------------------------+
|       31 | 0.028310 | SELECT * FROM employees.employees WHERE emp_no = 10001 |
+----------+----------+--------------------------------------------------------+

这一步类似于 SHOW PROFILES。

执行如下SQL语句做性能分析，这样就可以知道这条语句各种阶段的信息了。

mysql> SELECT event_name AS Stage, TRUNCATE(TIMER_WAIT/1000000000000,6) AS Duration
       FROM performance_schema.events_stages_history_long WHERE NESTING_EVENT_ID=31;
+--------------------------------+----------+
| Stage                          | Duration |
+--------------------------------+----------+
| stage/sql/starting             | 0.000080 |
| stage/sql/checking permissions | 0.000005 |
| stage/sql/Opening tables       | 0.027759 |
| stage/sql/init                 | 0.000052 |
| stage/sql/System lock          | 0.000009 |
| stage/sql/optimizing           | 0.000006 |
| stage/sql/statistics           | 0.000082 |
| stage/sql/preparing            | 0.000008 |
| stage/sql/executing            | 0.000000 |
| stage/sql/Sending data         | 0.000017 |
| stage/sql/end                  | 0.000001 |
| stage/sql/query end            | 0.000004 |
| stage/sql/closing tables       | 0.000006 |
| stage/sql/freeing items        | 0.000272 |
| stage/sql/cleaning up          | 0.000001 |
+--------------------------------+----------+

SHOW PROFILE

INFORMATION_SCHEMA.PROFILING

PERFORMANCE_SCHEMA

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