MYSQL Query Cache

本文详细介绍了MySQL查询缓存的工作原理、相关配置、利弊权衡及使用建议,包括如何通过showstatus命令评估缓存效果,并特别指出在InnoDB引擎中查询缓存失效的情况。同时,提供了一个综合权衡的分析框架,帮助开发者根据具体应用场景决定是否启用查询缓存,以及如何结合其他缓存技术如Memcache来优化性能。

Query Cache,查询缓存,是mysql内部的一种缓存机制,用来缓存查询语句的完整结果集。
  
    工作原理:
    开启了查询缓存之后,mysql接到select语句的时候,会先到query cache中去查询有没有这个select语句的缓存,如果有,直接将结果返回客户端,省去语句的解析、优化和执行步骤;如果没有结果,则对语句解析、优化、执行,返回结果给客户端的同时,将结果集写入缓存。
  
    缓存的键就是客户端传过来的select查询语句,mysql没有做任何处理,只要字符大小写,空格等稍有不同,mysql就认为这是不同的查询;缓存结果集的时候,会把这个查询相关的数据表也记下来,只要相关数据表的数据发生变化,这个缓存即宣告失效,而很可能缓存的这部分结果集的数据并没有发生变化;这时同样的查询语句过来,也查不到有效的缓存,必须去执行语句来获得结果。由此可见,mysql对查询缓存的管理比较粗放,显得不够精细,但简单的好处就是开销较小,这对繁忙的数据库是很重要的。
 
    相关配置:
    在mysql配置文件中,和query cache相关的选项主要有:
    query_cache_type,缓存的开关,值有off、on、demand,demand表示只有在select语句中显示的指定了SQL_CACHE,服务器才会缓存其查询结果;
    query_cache_size,分配给缓存的大小,单位字节,必须是1024的整数倍,这是一个全局级的缓存,为所有的连接所共用,不是线程级的;
    query_cache_min_res_unit 服务器给具体select语句分配缓存块的最小值;
    query_cache_limit 缓存块的最大值。
 
    利弊权衡:
    开启query cache,就有相应的开销:服务器接到每个select语句,都会先检查有没有缓存,如果没有,在通过执行获得结果集的时候,还要写缓存;当执行写操作使相关数据表数据改变之后,还得把相应缓存失效,这些都是开销,所以就要衡量开销和收益,以决定是否值得使用query cache。
 
    通过show status命令可以获得query cache相关运行参数,从而计算出cache命中率,公式如下:
        命中率 = Qcache_hits / Com_select(不同的mysql版本,可能变量名不一样)
    缓存未命中的原因主要有以下几条:
       含有不确定函数的查询语句不能缓存;
       缓存失效(相关表的数据发生变化或者因为内存不足被替换出去);
       当然命中率高低也不能绝对说明问题,假设缓存命中率只有30%,但是缓存的都是执行起来极其耗资源的select语句,那可能付出的开销还是值得的。
 
    在innode引擎中,由于事务的支持,使得query cache更容易失效,更需要仔细分析权衡。
 
    综上,在具体的环境中,使用query cache是否能带来性能的提升,要根据应用业务等具体情况具体分析,此外可以借助其它工具来实现和query cache同级的数据缓存,比如业内广泛采用的memcache等。

<think>我们正在讨论MySQL的查询计划缓存(Query Plan Cache)。根据用户的问题,我们需要提供Query Plan Cache的定义和相关信息。需要注意的是,MySQL中并没有一个名为“Query Plan Cache”的独立缓存,但通常我们提到的查询缓存(Query Cache)和准备语句的缓存(Prepared Statement Cache)与查询计划相关。 然而,在MySQL中,查询缓存(Query Cache)缓存的是整个SELECT查询的结果集,而不是查询计划本身。而对于查询计划缓存,实际上在MySQL 8.0之前,存储过程有查询计划缓存,但对于一般的SQL语句MySQL并不会缓存查询计划(除了准备语句)。 在MySQL 8.0中,引入了执行计划缓存(Execution Plan Cache)用于准备好的语句(prepared statements)。所以,用户可能指的是这个。 因此,我们将重点介绍MySQL中的执行计划缓存(用于准备语句)以及可能相关的查询缓存(但注意,查询缓存已在MySQL 8.0中被移除)。 由于用户的问题是关于“Query Plan Cache”,我们主要讨论执行计划缓存(针对准备语句)。 定义: 执行计划缓存(Execution Plan Cache)是MySQL中用于存储预处理语句(prepared statements)的执行计划的一种缓存机制。当相同的预处理语句再次执行时,MySQL可以重用之前编译好的执行计划,从而跳过优化和编译阶段,提高执行效率。 详细介绍: 1. 缓存对象:执行计划缓存针对的是预处理语句(Prepared Statements)。预处理语句是通过`PREPARE ... FROM`创建的,或者通过客户端驱动程序(如Connector/J、Connector/Python等)以二进制协议发送的语句(通常使用参数化查询)。 2. 工作原理: - 当预处理语句第一次执行时,MySQL会进行解析、优化,并生成执行计划,然后将执行计划缓存起来。 - 后续执行相同的预处理语句时,MySQL会直接使用缓存的执行计划,只需将参数替换即可执行,从而节省了优化时间。 3. 缓存管理: - 缓存大小由系统变量`cached_prepared_statements`控制(在MySQL 5.7中,这个变量是`max_prepared_stmt_count`,但在MySQL 8.0中,执行计划缓存的管理有所变化)。 - 在MySQL 8.0中,执行计划缓存的大小由系统变量`prepared_statement_cache_size`(会话级别)和`prepared_statement_cache_size_limit`(全局限制)控制。 - 缓存采用LRU(最近最少使用)策略进行管理。 4. 注意事项: - 执行计划缓存只对预处理语句有效,普通的查询语句不会缓存执行计划。 - 当表结构发生变化(如ALTER TABLE)或数据分布发生显著变化(导致统计信息更新)时,相关的执行计划会被自动从缓存中移除,以确保执行计划的正确性。 - 执行计划缓存是会话级别的,但全局参数可以限制总的缓存大小。 5. 与查询缓存的区别: - 查询缓存(Query Cache)缓存的是查询结果集,而执行计划缓存缓存的是执行计划(即如何执行查询的步骤)。 - 查询缓存在MySQL 8.0中被移除,而执行计划缓存仍然存在。 6. 相关系统变量(以MySQL 8.0为例): - `prepared_statement_cache_size`: 每个会话缓存的预处理语句数量(默认值根据文档可能有所不同,通常为256)。 - `prepared_statement_cache_size_limit`: 全局限制,防止所有会话的总缓存占用过多内存(默认值通常为2MB,但实际存储的是计划,不是结果)。 7. 监控: - 可以通过`SHOW STATUS LIKE 'Com_prepare_sql'`和`SHOW STATUS LIKE 'Com_execute_sql'`来查看预处理语句的准备工作次数和执行次数。 - 状态变量`Prepared_stmt_count`显示当前系统中的预处理语句数量(包括缓存的)。 需要注意的是,在MySQL 5.7及之前,执行计划缓存的行为和配置有所不同。 由于用户引用的内容中提到了EXPLAIN和SHOW PROCESSLIST等,这些虽然与查询计划有关,但不是直接针对执行计划缓存的。因此,我们主要围绕上述内容回答。 根据引用[1]中的内容,EXPLAIN只能解释SELECT操作,而且部分统计信息是估算的,这也说明了为什么执行计划缓存很重要,因为重复的预处理语句可以避免重复优化。 现在,我们将回答组织如下: </think>### MySQL 查询计划缓存(Query Plan Cache)的定义与介绍 #### 定义 MySQL **查询计划缓存**(Query Plan Cache)是一种优化机制,用于存储已解析和优化后的SQL语句执行计划。当相同的SQL语句重复执行时,MySQL可直接重用缓存的执行计划,**跳过语法解析、语义检查和优化器计算等步骤**,从而显著提升查询性能。该缓存主要针对**预处理语句(Prepared Statements)**。 #### 核心特性 1. **缓存对象** - 仅缓存预处理语句(通过`PREPARE`创建或应用程序参数化查询)的优化执行计划。 - 普通即时查询(Ad-hoc Query)**不缓存**执行计划。 2. **缓存生命周期** - 会话级缓存:默认绑定到客户端会话,会话结束时自动释放。 - 全局管理:通过参数控制全局缓存总量(如`prepared_statement_cache_size`)。 3. **缓存失效机制** 当以下操作发生时,相关执行计划自动失效: - 表结构变更(`ALTER TABLE`) - 索引添加/删除 - 统计信息更新(如`ANALYZE TABLE`) - 数据量剧烈变化(导致优化器重新选择索引)[^1] 4. **性能提升原理** ![执行计划缓存对比](https://www.mysqltutorial.org/wp-content/uploads/2018/11/MySQL-Prepared-Statement-Execution-Plan-Cache.png) 首次执行需完整流程(解析→优化→执行),后续执行**直接跳至执行阶段**。 #### 相关配置参数 | 参数名 | 作用 | 默认值 | |---------------------------------|----------------------------------------------------------------------|---------------| | `prepared_statement_cache_size` | 单个会话最大缓存的预处理语句数量 | 256(条) | | `performance_schema_max_prepared` | 监控缓存的性能模式指标数量 | 动态调整 | | `max_prepared_stmt_count` | 全局最大预处理语句数量(含缓存和活跃语句) | 16,382 | #### 局限性 1. **不适用于即时查询** 如`SELECT * FROM users WHERE id=1;`这类非参数化查询无法利用缓存[^1]。 2. **内存开销** 每个缓存的执行计划约占用10-100KB内存,需权衡性能与资源消耗。 3. **动态环境适应性差** 数据分布频繁变化时,缓存可能保留非最优计划,需手动清除(`DEALLOCATE PREPARE`)[^1]。 #### 操作示例 ```sql -- 创建预处理语句(自动缓存执行计划) PREPARE user_query FROM 'SELECT * FROM users WHERE age > ?'; -- 首次执行(解析+优化+执行) SET @age_threshold = 30; EXECUTE user_query USING @age_threshold; -- 后续执行(直接使用缓存计划) SET @age_threshold = 40; EXECUTE user_query USING @age_threshold; -- 手动释放缓存 DEALLOCATE PREPARE user_query; ``` #### 监控方法 ```sql -- 查看缓存命中率(Com_stmt_execute vs Com_stmt_prepare) SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Com_stmt%'; ``` - **高缓存命中率标志**:`Com_stmt_execute` >> `Com_stmt_prepare` ---
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