MySQL 优化器深度解析：从 prefer_ordering_index 到索引选择策略

在 MySQL 的查询优化过程中，优化器的决策直接影响执行计划的效率。本文通过一个典型面试题，深入探讨优化器的索引选择逻辑、prefer_ordering_index 的作用，以及复杂查询场景下的索引使用策略。

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问题背景与场景复现

题目要求禁用 prefer_ordering_index 优化策略后，分析以下查询的执行计划：

SET optimizer_switch = 'prefer_ordering_index=off';
EXPLAIN
SELECT * FROM sbtest1
WHERE k + @ = 4
ORDER BY id DESC
LIMIT 1;

关键点分析：

1. prefer_ordering_index 的作用：该参数控制优化器是否优先选择能够避免 ORDER BY 或 GROUP BY 排序的索引。关闭后，优化器不再强制依赖排序索引，转而基于成本模型选择最优执行计划。
2. 查询结构：WHERE 条件涉及表达式 k + @ = 4，ORDER BY 主键 id，且仅需返回一条记录。

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索引选择的核心逻辑

1. WHERE 条件与索引的兼容性

• 表达式对索引的破坏：如果 WHERE 条件中对字段进行了运算（如 k + @ = 4），MySQL 通常无法直接使用该字段的索引（如 k 上的索引），因为索引存储的是原始值而非表达式结果。
• 用户变量的不确定性：@ 是用户变量，其值可能在运行时变化，导致优化器无法提前计算 k = 4 - @ 的等价形式，进一步阻碍索引使用。

2. ORDER BY 与主键索引的天然优势

• 主键索引的聚簇特性：在 InnoDB 中，主键索引（PRIMARY）是聚簇索引，数据按主键顺序物理存储。因此，ORDER BY id DESC 只需反向扫描主键索引即可获得有序结果，无需额外排序。
• LIMIT 1 的优化效果：当查询仅需返回一条记录时，优化器可能选择直接遍历主键索引（从最大 id 开始），逐行检查 WHERE 条件，直到找到第一条匹配的记录，避免全表扫描。

3. prefer_ordering_index 禁用后的影响

• 关闭后的行为变化：禁用 prefer_ordering_index 后，优化器不再强制优先选择排序索引，但主键索引的聚簇特性仍使其成为最有效的访问路径。此时，优化器可能基于以下逻辑决策：

  • 成本估算：全表扫描主键索引的成本可能低于其他索引（如 k 索引）的随机访问。
  • 天然有序性：主键索引本身已按 id 排序，直接利用其顺序可避免 Using filesort。

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执行计划解析

通过 EXPLAIN 分析，可以得出以下结论：

1. 使用的索引：主键索引（PRIMARY）。

2. 执行过程：

   • 按 id 降序扫描主键索引。
   • 逐行检查 WHERE 条件 k + @ = 4。
   • 找到第一条匹配记录后立即终止扫描（LIMIT 1）。

3. Extra 列信息：

   • Using where：表示需要逐行过滤数据。
   • 无 Using filesort：主键索引的天然有序性避免了额外排序。

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扩展知识点

1. 索引条件下推（ICP）

如果 k 字段有索引且 WHERE 条件可转换为 k = 4 - @，启用 ICP 后，存储引擎层会直接过滤数据，减少回表次数。但本例中由于表达式问题，ICP 无法生效。

2. 覆盖索引与回表代价

若查询仅需 id 和 k 字段，且 k 索引包含这两列，优化器可能选择 k 索引来避免回表。但本例需要所有字段（SELECT *），且 WHERE 条件无法使用 k 索引，因此主键索引仍是更优选择。

3. 优化器的成本模型

优化器通过 innodb_stats_persistent 和 innodb_stats_sample_pages 等参数维护统计信息，估算不同索引的 I/O 和 CPU 成本。关闭 prefer_ordering_index 后，成本模型更倾向于选择总成本最低的执行计划。

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总结与最佳实践

1. 避免在 WHERE 条件中使用表达式：尽量将字段独立于运算，例如改写为 k = 4 - @，以利用索引。
2. 理解聚簇索引的优势：主键索引在排序和范围查询中具有天然优势，尤其是结合 LIMIT 时。
3. 合理配置优化器开关：在复杂查询中，可通过调整 optimizer_switch 参数（如关闭 prefer_ordering_index）观察执行计划变化，找到最佳平衡点。

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