MOD函数索引实战：解决百万级数据分批处理性能瓶颈

问题背景

GreatSQL的MOD函数，大家应该都不陌生，使用MOD函数创建函数索引，是不是很少有人这么用呀，下面听我讲讲使用MOD函数创建函数索引的故事吧。

故事的引子呢，是有这么一个使用场景，为了忽略客户真实的业务，对涉及的表只保留了别名。

SELECT g.*
    FROM g 
    JOIN a ON g.customer_id = a.customer_id 
    JOIN d ON a.customer_code = d.customer_code 
    JOIN f ON g.subs_id = f.subs_id 
    JOIN c ON a.company_id = c.province_id
    JOIN e ON d.city = e.city_id
WHERE g.bill_month = 202505
  AND g.deal_status = 1
  AND (MOD(g.bill_seq, 6) + 1) = 1
LIMIT 2000

这个场景是对业务数据分批处理，每次取2000条数据，使用MOD函数分6个通道并行处理，每批处理完后会修改deal_status的状态，每月涉及的数据量约两百万，客户描述这个SQL越执行越慢，后面执行会达到20s。

通过执行计划分析获知，SQL主要慢在了对g表按照 WHERE 条件读取数据上，这个g表在 deal_status上有单列索引。由于业务处理的复杂性，并不总是6个通道齐头并进的处理的，如果符合deal_status的条件多，但是满足MOD函数条件的数据少，g表读取满足条件的2000条数据就会耗时久。考虑到这种情况，决定在deal_status,mod(g.bill_seq, 6) + 1 上建联合函数索引。函数索引生效后，SQL执行效率显著提升，性能稳定在毫秒级别，不因数据变化而变化。

为什么此处建联合函数索引能提升效率呢？

MOD(g.bill_seq, 6)的取值只有6个值，函数索引的选择性并不好，之所以建联合函数索引能提升效率，是因为数据处理过程中数据会变得不均匀，而该业务SQL有LIMIT 关键字限制，只提取前2000行数据，故通过联合函数索引精确定位后，可快速取得数据。

下面介绍一下MOD函数索引创建过程中遇到的插曲故事。

实验验证

准备工作

建表t1，通过存储过程p1填充了10000行数据。

CREATE TABLE t1(
  bill_seq DECIMAL(20,0),
  bill_month INT,
  deal_status DECIMAL(2,0)
) 
PARTITION BY RANGE (bill_month)
(PARTITION p1 VALUES LESS THAN (202506));

DELIMITER //
CREATE OR REPLACE PROCEDURE p1 IS
BEGIN
  FOR i IN 1..10000 LOOP
    INSERT INTO t1(bill_seq,bill_month,deal_status) VALUES(i,202505,1);
  END LOOP;
  UPDATE t1 SET deal_status=2 WHERE bill_seq<9000 AND MOD(bill_seq,6)+1=6;
END;
//
DELIMITER ;
CALL p1();

查询数据

greatsql> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE deal_status=1;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|     8500 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)

greatsql> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|      166 |
+----------+
1 row in set (0.02 sec)

greatsql> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=1;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|     1666 |
+----------+
1 row in set (0.03 sec)

业务场景验证

根据造数规则，可以看出满足deal_status=1的数据量多，deal_status=1 and mod(bill_seq,6)+1=6 的数据量不多。

表t1 上增加deal_status的单列索引,查询两个语句的执行计划。

ALTER TABLE t1 ADD INDEX idx_deal_status(deal_status);
SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6 LIMIT 10;
SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=1 LIMIT 10;

执行计划如下

greatsql>  EXPLAIN  ANALYZE SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6 LIMIT 10;
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Limit: 10 row(s)  (cost=106.00 rows=10) (actual time=21.632..21.819 rows=10 loops=1)
    -> Filter: ((t1.bill_month = 202505) and (((t1.bill_seq % 6) + 1) = 6))  (cost=106.00 rows=850) (actual time=21.631..21.816 rows=10 loops=1)
        -> Index lookup on t1 using idx_deal_status (deal_status=1)  (cost=106.00 rows=8500) (actual time=0.027..18.503 rows=7559 loops=1)

1 row in set (0.02 sec)

greatsql>  EXPLAIN  ANALYZE SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=1 LIMIT 10;
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Limit: 10 row(s)  (cost=106.00 rows=10) (actual time=0.050..0.170 rows=10 loops=1)
    -> Filter: ((t1.bill_month = 202505) and (((t1.bill_seq % 6) + 1) = 1))  (cost=106.00 rows=850) (actual time=0.049..0.168 rows=10 loops=1)
        -> Index lookup on t1 using idx_deal_status (deal_status=1)  (cost=106.00 rows=8500) (actual time=0.029..0.142 rows=50 loops=1)

1 row in set (0.00 sec)

查询deal_status=1 and mod(bill_seq,6)+1=6 的SQL，需要扫描7559行数据来获取10条数据。

查询deal_status=1 and mod(bill_seq,6)+1=1 的SQL, 只需扫描50行就能获取10条数据。

可以说明，真实业务案例中，分6个通道读取数据时会遇到这种情况，数据变化造成SQL执行效率不稳定。

创建函数索引

下面建联合函数索引，查询SQL执行计划。

ALTER TABLE t1 DROP INDEX idx_deal_status;
ALTER TABLE t1 ADD INDEX idx_dealstaus_billseq(deal_status,(MOD(bill_seq,6)+1));

greatsql>EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6 LIMIT 10;
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------+-----------------------+---------+-------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys         | key                   | key_len | ref   | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------+-----------------------+---------+-------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | p1         | ref  | idx_dealstaus_billseq | idx_dealstaus_billseq | 2       | const | 5000 |    10.00 | Using where |
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------+-----------------------+---------+-------+------+----------+-------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

greatsql>EXPLAIN  ANALYZE SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6 LIMIT 10;
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Limit: 10 row(s)  (cost=71.00 rows=10) (actual time=27.500..27.530 rows=10 loops=1)
    -> Filter: ((t1.bill_month = 202505) and (((t1.bill_seq % 6) + 1) = 6))  (cost=71.00 rows=500) (actual time=27.499..27.528 rows=10 loops=1)
        -> Index lookup on t1 using idx_dealstaus_billseq (deal_status=1)  (cost=71.00 rows=5000) (actual time=0.036..23.827 rows=8344 loops=1)
1 row in set (0.02 sec)

从执行计划可以看出，只用到了deal_status一列的索引来定位，(mod(bill_seq,6)+1) 并没有起到定位的作用，需要扫描8344行数据来获取10条数据。

函数索引失效了，为什么？

索引失效问题解决

为了解决问题，采取了曲线救国政策，增加虚拟列，通过虚拟列建联合索引。

ALTER TABLE t1 ADD c1 INT GENERATED ALWAYS AS (MOD(bill_seq,6)+1);
ALTER TABLE t1 ADD INDEX idx_deal_c1(deal_status,c1);
greatsql>  EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6 LIMIT 10;
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------------------+-------------+---------+-------------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys                     | key         | key_len | ref         | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------------------+-------------+---------+-------------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | p1         | ref  | idx_dealstaus_billseq,idx_deal_c1 | idx_deal_c1 | 7       | const,const |  166 |    10.00 | Using where |
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------------------+-------------+---------+-------------+------+----------+-------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

greatsql> EXPLAIN  ANALYZE SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=6 LIMIT 10;\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Limit: 10 row(s)  (cost=22.66 rows=10) (actual time=0.098..0.171 rows=10 loops=1)
    -> Filter: (t1.bill_month = 202505)  (cost=22.66 rows=17) (actual time=0.088..0.160 rows=10 loops=1)
        -> Index lookup on t1 using idx_deal_c1 (deal_status=1, c1=6)  (cost=22.66 rows=166) (actual time=0.087..0.156 rows=10 loops=1)

1 row in set (0.00 sec)

从执行计划可以看出，用上了虚拟列的联合索引，只需扫描10行数据就能获取到10行数据，两个条件都起到了定位作用。

问题是解决了，可是回过头来想一想，虚拟列与函数索引有何不同，理论上是一样的，没道理函数索引不行。

不知道细心的你有没有发现一个问题，建虚拟列时我指定了列类型为INT，而创建表时bill_seq列为DECIMAL类型。所以问题聚焦在MOD函数究竟返回了什么类型，(MOD(bill_seq,6)+1) =6 是否发生了隐式转换，导致索引不可用。

GreatSQL对MOD函数的参数管理比较宽松，MOD(N,M), 两个参数一般是整形数值，也可以是定点和浮点类型数值，返回值可以是小数。 本案例中MOD(bill_seq,6) ，bill_seq为DECIMAL(20,0)类型, 返回值应与参数bill_seq类型一致。

一般情况下发生隐式转换，都是认为列类型为VARCHAR，而条件值给了数值，但是MOD函数是数值类型函数，返回数值类型的数据，所以开始一直没有往隐式转换这方面想。

在DECIMAL与INT之间难道也存在隐式转换？根据以往经验来看，列类型为decimal类型时，直接传值数值，是没有问题的，本例中deal_status 为DECIMAL(2,0)类型，是能用上索引的。

本着试一试的态度，将条件值使用CAST函数转换成DECIMAL类型。

greatsql> EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=CAST(6 AS DECIMAL) LIMIT 10;
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------------------+-----------------------+---------+-------------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys                     | key                   | key_len | ref         | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------------------+-----------------------+---------+-------------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | p1         | ref  | idx_dealstaus_billseq,idx_deal_c1 | idx_dealstaus_billseq | 13      | const,const |  166 |    10.00 | Using where |
+----+-------------+-------+------------+------+-----------------------------------+-----------------------+---------+-------------+------+----------+-------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

greatsql>  EXPLAIN  ANALYZE SELECT * FROM t1 WHERE bill_month=202505 AND deal_status=1 AND MOD(bill_seq,6)+1=CAST(6 AS DECIMAL) LIMIT 10\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Limit: 10 row(s)  (cost=22.66 rows=10) (actual time=0.083..0.126 rows=10 loops=1)
    -> Filter: (t1.bill_month = 202505)  (cost=22.66 rows=17) (actual time=0.077..0.118 rows=10 loops=1)
        -> Index lookup on t1 using idx_dealstaus_billseq (deal_status=1, ((bill_seq % 6) + 1)=6)  (cost=22.66 rows=166) (actual time=0.075..0.115 rows=10 loops=1)

1 row in set (0.00 sec)

从执行计划可以看出，使用了开始创建的函数索引 idx_dealstaus_billseq(deal_status,(mod(bill_seq,6)+1))。MOD函数部分也起到了定位作用，是否有处处有惊喜的感觉。

总结：

1.MOD函数返回值类型取决于参数值类型，参数既有DECIMAL，又有INT的情况下，会返回DECIMAL类型。

2.MOD函数索引使用了DECIMAL类型的参数时，条件值也要使用DECIMAL类型，才能用上该函数索引定位。

3.虚拟列默认不占用存储空间，但可以指定列的类型，会间接影响其生成表达式的类型。

Enjoy GreatSQL :)

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GreatSQL是适用于金融级应用的国内自主开源数据库，具备高性能、高可靠、高易用性、高安全等多个核心特性，可以作为MySQL或Percona Server的可选替换，用于线上生产环境，且完全免费并兼容MySQL或Percona Server。

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