MySQL 中 Cardinality 值的介绍

转自 熊出陌

1.     什么是Cardinality
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不是所有的查询条件出现的列都需要添加索引。对于什么时候添加 B+ 树索引。一般的经验是，在访问表中很少一部分时使用 B+ 树索引才有意义。对于性别字段、地区字段、类型字段，他们可取值范围很小，称为低选择性。如

SELECT * FROM student WHERE sex='M'

按性别进行查询时，可取值一般只有 M、F。因此 SQL 语句得到的结果可能是该表 50% 的数据(加入男女比例 1:1)这时添加 B+ 树索引是完全没有必要的。相反，如果某个字段的取值范围很广，几乎没有重复，属于高选择性。则此时使用 B+ 树的索引是最合适的。例如对于姓名字段，基本上在一个应用中不允许重名的出现

怎样查看索引是否有高选择性？通过 SHOW INDEX 结果中的列 Cardinality 来观察。非常关键，表示所以中不重复记录的预估值，需要注意的是 Cardinality 是一个预估值，而不是一个准确值基本上用户也不可能得到一个准确的值，在实际应用中，Cardinality/n_row_in_table 应尽可能的接近 1，如果非常小,那用户需要考虑是否还有必要创建这个索引。故在访问高选择性属性的字段并从表中取出很少一部分数据时，对于字段添加 B+ 树索引是非常有必要的。如

SELECT * FROM member WHERE usernick='David';

表 member 大约有 500W 行数据,usernick 字段上有一个唯一索引。这是如果查找用户名为 David 的用户，将得到如下执行计划

可以看到使用了 usernick 这个索引。这也符合之前提到的高可选择性，即 SQL 语句取表中较少行的原则

2.     InnoDB存储引擎的Cardinality统计
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建立索引的前提是高选择性。这对数据库来说才具有实际意义，那么数据库是怎样统计 Cardinality 的信息呢?因为 MySQL 数据库中有各种不同的存储引擎，而每种存储引擎对于 B+ 树索引的实现又各不相同。所以对 Cardinality 统计时放在存储引擎层进行的

在生成环境中，索引的更新操作可能非常频繁。如果每次索引在发生操作时就对其进行 Cardinality 统计，那么将会对数据库带来很大的负担。另外需要考虑的是，如果一张表的数据非常大，如一张表有 50G 的数据，那么统计一次 Cardinality 信息所需要的时间可能非常长。这样的环境下，是不能接受的。因此，数据库对于 Cardinality 信息的统计都是通过采样的方法完成

在 InnoDB 存储引擎中，Cardinality 统计信息的更新发生在两个操作中：insert 和 update。InnoDB 存储引擎内部对更新 Cardinality 信息的策略为:

表中 1/16 的数据已发生了改变

stat_modified_counter>2000 000 000

第一种策略为自从上次统计 Cardinality 信息后，表中的 1/16 的数据已经发生过变化，这是需要更新 Cardinality 信息

第二种情况考虑的是，如果对表中某一行数据频繁地进行更新操作，这时表中的数据实际并没有增加，实际发生变化的还是这一行数据，则第一种更新策略就无法适用这种情况，故在 InnoDB 存储引擎内部有一个计数器 start_modified_counter,用来表示发生变化的次数,当 start_modified_counter>2 000 000 000 时，则同样更新 Cardinality 信息

接着考虑 InnoDB 存储引擎内部是怎样进行 Cardinality 信息统计和更新操作呢？同样是通过采样的方法。默认的 InnoDB 存储引擎对 8 个叶子节点 Leaf Page 进行采用。采用过程如下

取得 B+ 树索引中叶子节点的数量，记为 A

随机取得 B+ 树索引中的 8 个叶子节点，统计每个页不同记录的个数，即为 P1，P2....P8

通过采样信息给出 Cardinality 的预估值:Cardinality=(P1+P2+...+P8)*A/8

根据上述的说明可以发现，在 InnoDB 存储引擎中，Cardinality 值通过对 8 个叶子节点预估而得的。而不是一个实际精确的值。再者，每次对 Cardinality 值的统计，都是通过随机取 8 个叶子节点得到的，这同时有暗示了另外一个 Cardinality 现象，即每次得到的 Cardinality 值可能不同的，如

SHOW INDEX FROM OrderDetails

上述 SQL 语句会触发 MySQL 数据库对于 Cardinality 值的统计，第一次运行得到的结果如图 5-20

在上述测试过程中，并没有通过 INSERT、UPDATE 这类的操作来改变 OrderDetails 中的内容，但是当第二次运行 SHOW INDEX FROM OrderDetails 语句是，发生了变化，如图 5-21

可以看到，当第二次运行 SHOW INDEX FROM OrderDetails 语句时，表 OrderDetails 索引中的 Cardinality 值发生了变化，虽然表 OrderDetails 本身并没有发生任何变化，但是由于 Cardinality 是随机取 8 个叶子节点进行分析，所以即使表没有发生变化，用户观察到索引 Cardinality 值还是会发生变化，这本身不是 Bug,而是随机采样而导致的结果

当然，有一种情况可以使得用户每次观察到的索引 Cardinality 值是一样的。那就是表足够小，表的叶子节点树小于或者等于 8 个。这时即使随机采样，也总是会采取倒这些页，因此每次得到的 Cardinality 值是相同的

在 InnoDB1.2 版本之前，可以通过 innodb_stats_sample_pages 用来设置统计 Cardinality 时每次采样页的数量，默认为 8.同时，参数 innodb_stats_method 用来判断如何对待索引中出现 NULL 值记录。该参数默认值为 nulls_equal,表示将 NULL 值记录为相等的记录。其有效值还 nulls_unequal,nulls_ignored,分别表示将 NULL 值记录视为不同的记录和忽略 NULL 值记录。例如某夜中索引记录为 NULL、NULL、1、2、2、3、3、3,在参数 innodb_stats_method 默认设置下，该页的 Cardinality 为 4；若参数 innodb_stats_method 为 nulls_unequal,则该页的 Cardinality 为 5，若参数 innodb_stats_method 为 nulls_ignored，则 Cardinality 值为 3

当执行 ANALYZE TABLE、SHOW TABLE STATUS、SHOW INDEX 以及访问 INFORMATION_SCHEMA 架构下的表 TABLES 和 STATISTICS 时会导致 InnoDB 存储引擎会重新计算索引 Cardinality 值，若表中的数据量非常大，并且表中存在多个辅助索引时，执行上述操作可能会非常慢，虽然用户可能并不希望去更新 Cardinality 值

InnoDB1.2 版本提供了更多参数对 Cardinality 进行设置。如表