阅读和理解执行计划对于 SQL 调优非常重要。本小结将向大家介绍如何查看 SQL 的执行计划。
执行计划由一系列的算子构成。和其他数据库一样，在 TiDB 中可通过 EXPLAIN 语句返回的结果查看某条 SQL 的执行计划。
目前 TiDB 的 EXPLAIN 会输出 5 列，分别是：id，estRows，task，access object， operator info。执行计划中每个算子都由这 5 列属性来描述，EXPLAIN结果中每一行描述一个算子。每个属性的具体含义如下：
| 属性名 | 含义 |
|---|---|
| id | 算子的 ID，在整个执行计划中唯一的标识一个算子。在 TiDB 2.1 中，ID 会格式化的显示算子的树状结构。数据从孩子结点流向父亲结点，每个算子的父亲结点有且仅有一个。 |
| estRows | 算子预计将会输出的数据条数，基于统计信息以及算子的执行逻辑估算而来。在 4.0 之前叫 count。 |
| task | 算子属于的 task 种类。目前的执行计划分成为两种 task，一种叫 root task，在 tidb-server 上执行，一种叫 cop task，并行的在 TiKV 或者 TiFlash 上执行。当前的执行计划在 task 级别的拓扑关系是一个 root task 后面可以跟许多 cop task，root task 使用 cop task 的输出结果作为输入。cop task 中执行的也即是 TiDB 下推到 TiKV 或者 TiFlash 上的任务，每个 cop task 分散在 TiKV 或者 TiFlash 集群中，由多个进程共同执行。 |
| access object | 算子所访问的数据项信息。包括表 table，表分区 partition 以及使用的索引 index（如果有）。只有直接访问数据的算子才拥有这些信息。 |
| operator info | 算子的其它信息。各个算子的 operator info 各有不同，可参考下面的示例解读。 |
和 EXPLAIN 不同，EXPLAIN ANALYZE 会执行对应的 SQL 语句，记录其运行时信息，和执行计划一并返回出来，可以视为 EXPLAIN 语句的扩展。EXPLAIN ANALYZE 语句的返回结果中增加了 actRows, execution info,memory,disk 这几列信息：
| 属性名 | 含义 |
|---|---|
| actRows | 当前算子实际输出的数据条数。 |
| execution info | time 显示从进入算子到离开算子的全部时间，包括所有子算子操作的全部执行时间。如果该算子被父算子多次调用 (loops)，这个时间就是累积的时间。loops 是当前算子被父算子调用的次数。 rows 是当前算子返回的行的总数。 |
| memory | 当前算子占用内存大小 |
| disk | 当前算子占用磁盘大小 |
一个例子：
mysql> explain analyze select * from t where a < 10;
+-------------------------------+---------+---------+-----------+-------------------------+------------------------------------------------------------------------+-----------------------------------------------------+---------------+------+
| id | estRows | actRows | task | access object | execution info | operator info | memory | disk |
+-------------------------------+---------+---------+-----------+-------------------------+------------------------------------------------------------------------+-----------------------------------------------------+---------------+------+
| IndexLookUp_10 | 9.00 | 9 | root | | time:641.245µs, loops:2, rpc num: 1, rpc time:242.648µs, proc keys:0 | | 9.23046875 KB | N/A |
| ├─IndexRangeScan_8(Build) | 9.00 | 9 | cop[tikv] | table:t, index:idx_a(a) | time:142.94µs, loops:10, | range:[-inf,10), keep order:false | N/A | N/A |
| └─TableRowIDScan_9(Probe) | 9.00 | 9 | cop[tikv] | table:t | time:141.128µs, loops:10 | keep order:false | N/A | N/A |
+-------------------------------+---------+---------+-----------+-------------------------+------------------------------------------------------------------------+-----------------------------------------------------+---------------+------+
3 rows in set (0.00 sec)
从上述例子中可以看出，优化器估算的 estRows 和实际执行中统计得到的 actRows 几乎是相等的，说明优化器估算的行数与实际行数的误差很小。同时 IndexLookUp_10 算子在实际执行过程中使用了约 9 KB 的内存，该 SQL 在执行过程中，没有触发过任何算子的落盘操作。
TiDB 的执行计划是一个树形结构，树中每个节点即是算子。考虑到每个算子内多线程并发执行的情况，在一条 SQL 执行的过程中，如果能够有一个手术刀把这棵树切开看看，大家可能会发现所有的算子都正在消耗 CPU 和内存处理数据，从这个角度来看，算子是没有执行顺序的。
但是如果从一行数据先后被哪些算子处理的角度来看，一条数据在算子上的执行是有顺序的。这个顺序可以通过下面这个规则简单总结出来：
Build总是先于 Probe 执行，并且 Build 总是出现 Probe 前面
这个原则的前半句是说：如果一个算子有多个孩子节点，孩子节点 ID 后面有 Build 关键字的算子总是先于有 Probe 关键字的算子执行。后半句是说：TiDB 在展现执行计划的时候，Build 端总是第一个出现，接着才是 Probe 端。
一些例子：
TiDB(root@127.0.0.1:test) > explain select * from t use index(idx_a) where a = 1;
+-------------------------------+---------+-----------+-------------------------+---------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+-------------------------------+---------+-----------+-------------------------+---------------------------------------------+
| IndexLookUp_7 | 10.00 | root | | |
| ├─IndexRangeScan_5(Build) | 10.00 | cop[tikv] | table:t, index:idx_a(a) | range:[1,1], keep order:false, stats:pseudo |
| └─TableRowIDScan_6(Probe) | 10.00 | cop[tikv] | table:t | keep order:false, stats:pseudo |
+-------------------------------+---------+-----------+-------------------------+---------------------------------------------+
3 rows in set (0.00 sec)
这里 IndexLookUp_7 算子有两个孩子结点：IndexRangeScan_5(Build) 和 TableRowIDScan_6(Probe)。可以看到，IndexRangeScan_5(Build) 是第一个出现的，并且基于上面这条规则，要得到一条数据，需要先执行它得到一个 RowID 以后，再由 TableRowIDScan_6(Probe) 根据前者读上来的 RowID 去获取完整的一行数据。
这种规则隐含的另一个信息是：在同一层级的节点中，出现在最前面的算子可能是最先被执行的，而出现在最末尾的算子可能是最后被执行的。比如下面这个例子：
TiDB(root@127.0.0.1:test) > explain select * from t t1 use index(idx_a) join t t2 use index() where t1.a = t2.a;
+----------------------------------+----------+-----------+--------------------------+------------------------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+----------------------------------+----------+-----------+--------------------------+------------------------------------------------------------------+
| HashJoin_22 | 12487.50 | root | | inner join, inner:TableReader_26, equal:[eq(test.t.a, test.t.a)] |
| ├─TableReader_26(Build) | 9990.00 | root | | data:Selection_25 |
| │ └─Selection_25 | 9990.00 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.a)) |
| │ └─TableFullScan_24 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t2 | keep order:false, stats:pseudo |
| └─IndexLookUp_29(Probe) | 9990.00 | root | | |
| ├─IndexFullScan_27(Build) | 9990.00 | cop[tikv] | table:t1, index:idx_a(a) | keep order:false, stats:pseudo |
| └─TableRowIDScan_28(Probe) | 9990.00 | cop[tikv] | table:t1 | keep order:false, stats:pseudo |
+----------------------------------+----------+-----------+--------------------------+------------------------------------------------------------------+
7 rows in set (0.00 sec)
要完成 HashJoin_22，需要先执行 TableReader_26(Build) 再执行 IndexLookUp_29(Probe)。而在执行 IndexLookUp_29(Probe) 的时候，又需要先执行 IndexFullScan_27(Build) 再执行 TableRowIDScan_28(Probe)。所以从整条执行链路来看，TableRowIDScan_28(Probe) 是最后被唤起执行的。
真正执行扫表（读盘或者读 TiKV Block Cache）操作的算子有如下几类：
RowID 精确的扫描表数据的算子TiDB 会汇聚 TiKV/TiFlash 上扫描的数据或者计算结果，这种 “数据汇聚” 算子目前有如下几类：
TableFullScan 或 TableRangeScan 的算子。IndexFullScan 或 IndexRangeScan 的算子。IndexFullScan 或 IndexRangeScan，Probe 端是 TableRowIDScan。IndexFullScan 或 IndexRangeScan，Probe 端是 TableRowIDScan。IndexLookUp 示例：
mysql> explain select * from t use index(idx_a);
+-------------------------------+----------+-----------+-------------------------+--------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+-------------------------------+----------+-----------+-------------------------+--------------------------------+
| IndexLookUp_6 | 10000.00 | root | | |
| ├─IndexFullScan_4(Build) | 10000.00 | cop[tikv] | table:t, index:idx_a(a) | keep order:false, stats:pseudo |
| └─TableRowIDScan_5(Probe) | 10000.00 | cop[tikv] | table:t | keep order:false, stats:pseudo |
+-------------------------------+----------+-----------+-------------------------+--------------------------------+
3 rows in set (0.00 sec)
这里 IndexLookUp_6 算子有两个孩子节点：IndexFullScan_4(Build) 和 TableRowIDScan_5(Probe)。可以看到，IndexFullScan_4(Build) 执行索引全表扫，扫描索引 a 的所有数据，因为是全范围扫，这个操作将获得表中所有数据的 RowID，之后再由 TableRowIDScan_5(Probe) 去根据这些 RowID 去扫描所有的表数据。可以预见的是，这个执行计划不如直接使用 TableReader 进行全表扫，因为同样都是全表扫，这里的 IndexLookUp 多扫了一次索引，带来了额外的开销。
TableReader 示例：
mysql> explain select * from t where a > 1 or b >100;
+-------------------------+----------+-----------+---------------+----------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+-------------------------+----------+-----------+---------------+----------------------------------------+
| TableReader_7 | 8000.00 | root | | data:Selection_6 |
| └─Selection_6 | 8000.00 | cop[tikv] | | or(gt(test.t.a, 1), gt(test.t.b, 100)) |
| └─TableFullScan_5 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t | keep order:false, stats:pseudo |
+-------------------------+----------+-----------+---------------+----------------------------------------+
3 rows in set (0.00 sec)
在上面例子中 TableReader_7 算子的孩子节点是 Selection_6。以这个孩子节点为根的子树被当做了一个 Cop Task 下发给了相应的 TiKV，这个 Cop Task 使用 TableFullScan_5 算子执行扫表操作。Selection 表示 SQL 语句中的选择条件，可能来自 SQL 语句中的 WHERE/HAVING/ON 子句。由 TableFullScan_5 可以看到，这个执行计划使用了一个全表扫描的操作，集群的负载将因此而上升，可能会影响到集群中正在运行的其他查询。这时候如果能够建立合适的索引，并且使用 IndexMerge 算子，将能够极大的提升查询的性能，降低集群的负载。
IndexMerge 示例：
注意：
目前 TIDB 的
Index Merge特性在 4.0 RC 版本中默认关闭，同时 4.0 中的Index Merge目前支持的场景仅限于析取范式（or连接的表达式），对合取范式（and连接的表达式）将在之后的版本中支持。 开启Index Merge特性，可通过在客户端中设置 session 或者 global 变量完成：set @@tidb_enable_index_merge = 1;
mysql> set @@tidb_enable_index_merge = 1;
mysql> explain select * from t use index(idx_a, idx_b) where a > 1 or b > 1;
+------------------------------+---------+-----------+-------------------------+------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+------------------------------+---------+-----------+-------------------------+------------------------------------------------+
| IndexMerge_16 | 6666.67 | root | | |
| ├─IndexRangeScan_13(Build) | 3333.33 | cop[tikv] | table:t, index:idx_a(a) | range:(1,+inf], keep order:false, stats:pseudo |
| ├─IndexRangeScan_14(Build) | 3333.33 | cop[tikv] | table:t, index:idx_b(b) | range:(1,+inf], keep order:false, stats:pseudo |
| └─TableRowIDScan_15(Probe) | 6666.67 | cop[tikv] | table:t | keep order:false, stats:pseudo |
+------------------------------+---------+-----------+-------------------------+------------------------------------------------+
4 rows in set (0.00 sec)
IndexMerge 使得数据库在扫描表数据时可以使用多个索引。这里 IndexMerge_16 算子有三个孩子节点，其中 IndexRangeScan_13 和 IndexRangeScan_14 根据范围扫描得到符合条件的所有 RowID，再由 TableRowIDScan_15 算子根据这些 RowID 精确的读取所有满足条件的数据。
Hash Aggregate 示例：
TiDB 上的 Hash Aggregation 算子采用多线程并发优化，执行速度快，但会消耗较多内存。下面是一个 Hash Aggregate 的例子：
TiDB(root@127.0.0.1:test) > explain select /*+ HASH_AGG() */ count(*) from t;
+---------------------------+----------+-----------+---------------+---------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+---------------------------+----------+-----------+---------------+---------------------------------+
| HashAgg_11 | 1.00 | root | | funcs:count(Column#7)->Column#4 |
| └─TableReader_12 | 1.00 | root | | data:HashAgg_5 |
| └─HashAgg_5 | 1.00 | cop[tikv] | | funcs:count(1)->Column#7 |
| └─TableFullScan_8 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t | keep order:false, stats:pseudo |
+---------------------------+----------+-----------+---------------+---------------------------------+
4 rows in set (0.00 sec)
一般而言 TiDB 的 Hash Aggregate 会分成两个阶段执行，一个在 TiKV/TiFlash 的 Coprocessor 上，计算聚合函数的中间结果。另一个在 TiDB 层，汇总所有 Coprocessor Task 的中间结果后，得到最终结果。
Stream Aggregate 示例：
TiDB Stream Aggregation 算子通常会比 Hash Aggregate 占用更少的内存，有些场景中也会比 Hash Aggregate 执行的更快。当数据量太大或者系统内存不足时，可以试试 Stream Aggregate 算子。一个 Stream Aggregate 的例子如下：
TiDB(root@127.0.0.1:test) > explain select /*+ STREAM_AGG() */ count(*) from t;
+----------------------------+----------+-----------+---------------+---------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+----------------------------+----------+-----------+---------------+---------------------------------+
| StreamAgg_16 | 1.00 | root | | funcs:count(Column#7)->Column#4 |
| └─TableReader_17 | 1.00 | root | | data:StreamAgg_8 |
| └─StreamAgg_8 | 1.00 | cop[tikv] | | funcs:count(1)->Column#7 |
| └─TableFullScan_13 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t | keep order:false, stats:pseudo |
+----------------------------+----------+-----------+---------------+---------------------------------+
4 rows in set (0.00 sec)
和 Hash Aggregate 类似，一般而言 TiDB 的 Stream Aggregate 也会分成两个阶段执行，一个在 TiKV/TiFlash 的 Coprocessor 上，计算聚合函数的中间结果。另一个在 TiDB 层，汇总所有 Coprocessor Task 的中间结果后，得到最终结果。
TiDB 的 Join 算法包括如下几类：
下面分别通过一些例子来解释这些 Join 算法的执行过程
Hash Join 示例：
TiDB 的 Hash Join 算子采用了多线程优化，执行速度较快，但会消耗较多内存。一个 Hash Join 的例子如下：
mysql> explain select /*+ HASH_JOIN(t1, t2) */ * from t t1 join t2 on t1.a = t2.a;
+------------------------------+----------+-----------+---------------+-------------------------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+------------------------------+----------+-----------+---------------+-------------------------------------------------------------------+
| HashJoin_33 | 10000.00 | root | | inner join, inner:TableReader_43, equal:[eq(test.t.a, test.t2.a)] |
| ├─TableReader_43(Build) | 10000.00 | root | | data:Selection_42 |
| │ └─Selection_42 | 10000.00 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t2.a)) |
| │ └─TableFullScan_41 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t2 | keep order:false |
| └─TableReader_37(Probe) | 10000.00 | root | | data:Selection_36 |
| └─Selection_36 | 10000.00 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.a)) |
| └─TableFullScan_35 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t1 | keep order:false |
+------------------------------+----------+-----------+---------------+-------------------------------------------------------------------+
7 rows in set (0.00 sec)
Hash Join 会将 Build 端的数据缓存在内存中，根据这些数据构造出一个 Hash Table，然后读取 Probe 端的数据，用 Probe 端的数据去探测（Probe）Build 端构造出来的 Hash Table，将符合条件的数据返回给用户。
Merge Join 示例：
TiDB 的 Merge Join 算子相比于 Hash Join 通常会占用更少的内存，但可能执行时间会更久。当数据量太大，或系统内存不足时，建议尝试使用。下面是一个 Merge Join 的例子：
mysql> explain select /*+ SM_JOIN(t1) */ * from t t1 join t t2 on t1.a = t2.a;
+------------------------------------+----------+-----------+--------------------------+---------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+------------------------------------+----------+-----------+--------------------------+---------------------------------------------------+
| MergeJoin_6 | 10000.00 | root | | inner join, left key:test.t.a, right key:test.t.a |
| ├─IndexLookUp_13(Build) | 10000.00 | root | | |
| │ ├─IndexFullScan_11(Build) | 10000.00 | cop[tikv] | table:t2, index:idx_a(a) | keep order:true |
| │ └─TableRowIDScan_12(Probe) | 10000.00 | cop[tikv] | table:t2 | keep order:false |
| └─IndexLookUp_10(Probe) | 10000.00 | root | | |
| ├─IndexFullScan_8(Build) | 10000.00 | cop[tikv] | table:t1, index:idx_a(a) | keep order:true |
| └─TableRowIDScan_9(Probe) | 10000.00 | cop[tikv] | table:t1 | keep order:false |
+------------------------------------+----------+-----------+--------------------------+---------------------------------------------------+
7 rows in set (0.00 sec)
Merge Join 算子在执行时，会从 Build 端把一个 Join Group 的数据全部读取到内存中，接着再去读 Probe 端的数据，用 Probe 端的每行数据去和 Build 端的完整的一个 Join Group 依次去看是否匹配（除了满足等值条件以外，还有其他非等值条件，这里的 “匹配” 主要是指查看是否满足非等职条件）。Join Group 指的是所有 Join Key 上值相同的数据。
Index Hash Join 示例：
INL_HASH_JOIN(t1_name [, tl_name]) 提示优化器使用 Index Nested Loop Hash Join 算法。该算法与 Index Nested Loop Join 使用条件完全一样，但在某些场景下会更为节省内存资源。
mysql> explain select /*+ INL_HASH_JOIN(t1) */ * from t t1 join t t2 on t1.a = t2.a;
+----------------------------------+----------+-----------+--------------------------+--------------------------------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+----------------------------------+----------+-----------+--------------------------+--------------------------------------------------------------------------+
| IndexHashJoin_32 | 10000.00 | root | | inner join, inner:IndexLookUp_23, outer key:test.t.a, inner key:test.t.a |
| ├─TableReader_35(Build) | 10000.00 | root | | data:Selection_34 |
| │ └─Selection_34 | 10000.00 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.a)) |
| │ └─TableFullScan_33 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t2 | keep order:false |
| └─IndexLookUp_23(Probe) | 1.00 | root | | |
| ├─Selection_22(Build) | 1.00 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.a)) |
| │ └─IndexRangeScan_20 | 1.00 | cop[tikv] | table:t1, index:idx_a(a) | range: decided by [eq(test.t.a, test.t.a)], keep order:false |
| └─TableRowIDScan_21(Probe) | 1.00 | cop[tikv] | table:t1 | keep order:false |
+----------------------------------+----------+-----------+--------------------------+--------------------------------------------------------------------------+
8 rows in set (0.00 sec)
Index Merge Join 示例：
INL_MERGE_JOIN(t1_name [, tl_name]) 提示优化器使用 Index Nested Loop Merge Join 算法。该算法相比于 INL_JOIN 会更节省内存。该算法使用条件包含 INL_JOIN 的所有使用条件，但还需要添加一条：join keys 中的内表列集合是内表使用的 index 的前缀，或内表使用的 index 是 join keys 中的内表列集合的前缀。
mysql> explain select /*+ INL_MERGE_JOIN(t2@sel_2) */ * from t t1 where t1.a in ( select t2.a from t t2 where t2.b < t1.b);
+---------------------------------+---------+-----------+--------------------------+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+---------------------------------+---------+-----------+--------------------------+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| IndexMergeJoin_23 | 6.39 | root | | semi join, inner:Projection_21, outer key:test.t.a, inner key:test.t.a, other cond:lt(test.t.b, test.t.b) |
| ├─TableReader_28(Build) | 7.98 | root | | data:Selection_27 |
| │ └─Selection_27 | 7.98 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.a)), not(isnull(test.t.b)) |
| │ └─TableFullScan_26 | 8.00 | cop[tikv] | table:t1 | keep order:false, stats:pseudo |
| └─Projection_21(Probe) | 1.25 | root | | test.t.a, test.t.b |
| └─IndexLookUp_20 | 1.25 | root | | |
| ├─Selection_18(Build) | 1.25 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.a)) |
| │ └─IndexRangeScan_16 | 1.25 | cop[tikv] | table:t2, index:idx_a(a) | range: decided by [eq(test.t.a, test.t.a)], keep order:true, stats:pseudo |
| └─Selection_19(Probe) | 1.25 | cop[tikv] | | not(isnull(test.t.b)) |
| └─TableRowIDScan_17 | 1.25 | cop[tikv] | table:t2 | keep order:false, stats:pseudo |
+---------------------------------+---------+-----------+--------------------------+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
10 rows in set (0.01 sec)
Apply 示例：
mysql> explain select * from t t1 where t1.a in ( select avg(t2.a) from t2 where t2.b < t1.b);
+----------------------------------+----------+-----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------+
| id | estRows | task | access object | operator info |
+----------------------------------+----------+-----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------+
| Projection_10 | 10000.00 | root | | test.t.id, test.t.a, test.t.b |
| └─Apply_12 | 10000.00 | root | | semi join, inner:StreamAgg_30, equal:[eq(Column#8, Column#7)] |
| ├─Projection_13(Build) | 10000.00 | root | | test.t.id, test.t.a, test.t.b, cast(test.t.a, decimal(20,0) BINARY)->Column#8 |
| │ └─TableReader_15 | 10000.00 | root | | data:TableFullScan_14 |
| │ └─TableFullScan_14 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t1 | keep order:false |
| └─StreamAgg_30(Probe) | 1.00 | root | | funcs:avg(Column#12, Column#13)->Column#7 |
| └─TableReader_31 | 1.00 | root | | data:StreamAgg_19 |
| └─StreamAgg_19 | 1.00 | cop[tikv] | | funcs:count(test.t2.a)->Column#12, funcs:sum(test.t2.a)->Column#13 |
| └─Selection_29 | 8000.00 | cop[tikv] | | lt(test.t2.b, test.t.b) |
| └─TableFullScan_28 | 10000.00 | cop[tikv] | table:t2 | keep order:false |
+----------------------------------+----------+-----------+-----------------------------------------------------------------------------------------------+
10 rows in set, 1 warning (0.00 sec)
EXPLAIN FOR CONNECTION 用于获得一个连接中最后执行的查询的执行计划，其输出格式与 EXPLAIN 完全一致。但 TiDB 中的实现与 MySQL 不同，除了输出格式之外，还有以下区别：
PROCESS 权限，而 TiDB 则要求登录用户与被查询的连接相同，或者拥有 SUPER 权限。