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在MySQL中为啥引入批量键访问（Batch Key Access, BKA）

article 2024/10/22 2:37:36

批量键访问（Batch Key Access, BKA） 是 MySQL 在某些情况下用于优化 JOIN 操作的一种技术，特别是在通过索引进行 JOIN 时，它能有效减少查询的随机 I/O。批量键访问优化通过将一批主键或索引键一次性发送给存储引擎来查找匹配的行，而不是逐行处理。这种方式可以有效利用数据库的缓存和减少 I/O 开销。

一、BKA 的原理

在传统的 Nested Loop Join（嵌套循环连接）中，MySQL 会逐行处理外部表的每一行，并针对每一行去内部表查找对应的匹配记录。这样会导致很多随机 I/O 操作，从而影响性能。

BKA 改进了这个过程，通过先收集一批外部表的键，然后将这些键一次性发送到存储引擎进行批量查找，这样就减少了内部表的查找次数，从而提升了性能。

二、BKA 的工作流程

外部表扫描：MySQL 首先从外部表中扫描多行记录，并收集这些记录的键值。
批量键访问：将这些键值传递给内部表的存储引擎，进行批量的索引查找。
匹配结果返回：内部表的匹配记录返回给外部表进行连接操作。

三、Java 模拟 BKA 的过程

在 Java 中，我们可以通过模拟数据库表和索引来展示 BKA 的工作流程，假设我们有两个表，outerTable 和 innerTable，它们之间通过某个键进行关联查询。我们将通过一次性批量获取外部表的键来进行批量查询内部表的记录。

1. 设计思路

我们首先模拟两个表的数据。
实现一个批量键访问的查询流程，通过批量获取外部表的键并查询内部表的匹配记录。

2. Java 代码实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

class Record {
    int id;
    String data;

    public Record(int id, String data) {
        this.id = id;
        this.data = data;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ID: " + id + ", Data: " + data;
    }
}

public class BatchKeyAccessSimulator {

    // 模拟外部表
    private List<Record> outerTable = new ArrayList<>();
    
    // 模拟内部表
    private Map<Integer, Record> innerTable = new HashMap<>();

    // 初始化数据
    public BatchKeyAccessSimulator() {
        // 插入外部表数据
        outerTable.add(new Record(1, "Outer1"));
        outerTable.add(new Record(2, "Outer2"));
        outerTable.add(new Record(3, "Outer3"));
        outerTable.add(new Record(4, "Outer4"));
        
        // 插入内部表数据
        innerTable.put(1, new Record(1, "Inner1"));
        innerTable.put(2, new Record(2, "Inner2"));
        innerTable.put(3, new Record(3, "Inner3"));
        innerTable.put(5, new Record(5, "Inner5")); // 不匹配外部表
    }

    // 模拟批量键访问的 JOIN 操作
    public List<String> batchKeyAccessJoin() {
        List<String> result = new ArrayList<>();

        // Step 1: 批量获取外部表的键（ID）
        List<Integer> outerKeys = new ArrayList<>();
        for (Record outerRecord : outerTable) {
            outerKeys.add(outerRecord.id);  // 假设以 ID 作为 JOIN 键
        }

        // Step 2: 批量访问内部表，查找对应键的记录
        Map<Integer, Record> matchedInnerRecords = new HashMap<>();
        for (Integer key : outerKeys) {
            if (innerTable.containsKey(key)) {
                matchedInnerRecords.put(key, innerTable.get(key)); // 内部表的匹配记录
            }
        }

        // Step 3: 将外部表和内部表的数据进行关联并返回
        for (Record outerRecord : outerTable) {
            if (matchedInnerRecords.containsKey(outerRecord.id)) {
                Record innerRecord = matchedInnerRecords.get(outerRecord.id);
                result.add("Outer: " + outerRecord + " <-> Inner: " + innerRecord);
            } else {
                result.add("Outer: " + outerRecord + " <-> No Match");
            }
        }

        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        BatchKeyAccessSimulator simulator = new BatchKeyAccessSimulator();

        // 运行批量键访问的 JOIN 操作
        List<String> joinResult = simulator.batchKeyAccessJoin();
        
        // 输出 JOIN 结果
        for (String record : joinResult) {
            System.out.println(record);
        }
    }
}

四、代码解析

外部表和内部表的设计：
- outerTable 是模拟的外部表，存储一组记录。
- innerTable 是模拟的内部表，用 HashMap 来模拟索引，其中键为 id，值为对应的记录。
批量键访问的实现：
- batchKeyAccessJoin() 方法模拟了批量键访问的过程。
- 首先批量收集外部表的键（即 id）。
- 然后通过这些键批量查找内部表中匹配的记录，并将外部表和内部表的数据进行关联。

运行结果：
输出结果展示了批量键访问的 JOIN 操作：

Outer: ID: 1, Data: Outer1 <-> Inner: ID: 1, Data: Inner1
Outer: ID: 2, Data: Outer2 <-> Inner: ID: 2, Data: Inner2
Outer: ID: 3, Data: Outer3 <-> Inner: ID: 3, Data: Inner3
Outer: ID: 4, Data: Outer4 <-> No Match

可以看到，outerTable 中的记录与 innerTable 中的记录根据 id 进行了关联，第四条记录在内部表中没有匹配的记录。