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MySQL 8 C++ 源码解析：EXPLAIN 实现机制

article 2025/3/4 17:52:12

在 MySQL 中，EXPLAIN 是分析查询执行计划的核心工具。其源码实现涉及 查询解析、优化器决策 和 执行计划生成 等多个模块。本文基于 MySQL 8.1.0 源码，深入解析 EXPLAIN 的实现逻辑。

1. 整体架构与入口

(1) 命令分发：`mysql_execute_command`

所有 SQL 命令的入口函数为 mysql_execute_command（位于 sql/sql_parse.cc）。EXPLAIN 作为 DML 的扩展命令，通过 lex->sql_command 标识类型：

switch (lex->sql_command) {
  case SQLCOM_EXPLAIN:      // 标准 EXPLAIN SELECT/UPDATE/DELETE
  case SQLCOM_EXPLAIN_OTHER:// EXPLAIN FOR CONNECTION 或特殊格式
    // 调用 DML 执行逻辑
    res = lex->m_sql_cmd->execute(thd);
    break;
  // 其他命令分支...
}

关键逻辑：EXPLAIN 被归类为 SQLCOM_EXPLAIN 或 SQLCOM_EXPLAIN_OTHER，触发 DML 执行路径。

2. DML 执行入口：`Sql_cmd_dml::execute_inner`

(1) 优化与执行计划生成

EXPLAIN 的核心逻辑在 Sql_cmd_dml::execute_inner（位于 sql/sql_select.cc）：

bool Sql_cmd_dml::execute_inner(THD *thd) {
  Query_expression *unit = lex->unit;
  
  // 1. 优化查询表达式（生成 AccessPath）
  if (unit->optimize(thd, /*materialize_destination=*/nullptr,
                     /*create_iterators=*/true, /*finalize_access_paths=*/true))
    return true;

  // 2. 处理 EXPLAIN 逻辑
  if (lex->is_explain()) {
    if (explain_query(thd, thd, unit)) return true;
  }
  return false;
}

核心步骤：
1. unit->optimize：调用优化器生成执行计划（AccessPath 结构）。
2. explain_query：根据优化结果生成可读的执行计划输出。

3. 执行计划生成：`explain_query` 函数

(1) 输出格式处理

explain_query（位于 sql/opt_explain.cc）负责将优化器生成的 AccessPath 转换为文本、JSON 或树形格式：

bool explain_query(THD *explain_thd, const THD *query_thd, Query_expression *unit) {
  // 1. 判断是否使用迭代器模式（如 JSON/TREE 格式）
  if (lex->explain_format->is_iterator_based()) {
    return ExplainIterator(explain_thd, query_thd, unit);
  }

  // 2. 传统格式（TRADITIONAL）
  return mysql_explain_query_expression(explain_thd, query_thd, unit);
}

分支逻辑：
- 迭代器模式：用于 FORMAT=JSON 或 FORMAT=TREE，调用 ExplainIterator。
- 传统模式：生成表格形式的输出，调用 mysql_explain_query_expression。

4. 优化器交互：`Query_expression::optimize`

(1) 优化流程

Query_expression::optimize（位于 sql/sql_union.cc）负责对查询表达式（如 UNION）进行优化：

bool Query_expression::optimize(THD *thd, ...) {
  // 1. 优化每个查询块（Query_block）
  for (Query_block *query_block = first_query_block(); query_block; query_block = query_block->next_query_block()) {
    query_block->optimize(thd, finalize_access_paths);
  }

  // 2. 处理集合操作（UNION/INTERSECT）
  if (!is_simple()) optimize_set_operand(thd, this, query_term());

  // 3. 生成访问路径（AccessPath）
  create_access_paths(thd);
}

核心操作：
1. 单查询块优化：为每个 SELECT 子句生成最优执行路径。
2. 集合操作处理：优化 UNION 等操作的排序、去重逻辑。
3. 访问路径生成：将优化结果封装为 AccessPath 结构，供执行引擎使用。

5. 特殊场景处理

(1) `EXPLAIN ANALYZE`

当启用 EXPLAIN ANALYZE 时，源码会 实际执行查询 并收集性能数据：

if (lex->is_explain_analyze) {
  Query_result_null null_result;
  unit->set_query_result(&null_result);  // 抑制结果输出
  unit->execute(thd);                    // 实际执行查询
  ExplainIterator(explain_thd, query_thd, unit); // 生成带统计信息的计划
}

关键逻辑：通过执行查询获取精确的行数、耗时等指标。

(2) 二级引擎支持

若查询使用二级引擎（如 HeatWave），生成警告并调整执行计划：

if (SecondaryEngineHandlerton(query_thd) != nullptr) {
  push_warning(explain_thd, "Query may use secondary engine");
  return Explain_secondary_engine(...);  // 生成引擎特定的计划
}

6. 执行计划输出示例

(1) 传统格式（TRADITIONAL）

通过 mysql_explain_query_expression 生成表格：

+----+-------------+-------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+----------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | filtered | Extra          |
+----+-------------+-------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+----------------+
| 1  | SIMPLE      | t     | NULL       | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 1000 | 10.00    | Using where    |
+----+-------------+-------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+----------------+

(2) JSON 格式

通过 ExplainIterator 生成结构化 JSON：

{
  "query_block": {
    "select_id": 1,
    "cost_info": {"query_cost": "1.20"},
    "table": {
      "table_name": "t",
      "access_type": "ALL",
      "rows_examined_per_scan": 1000
    }
  }
}

7. 调试与扩展

(1) 调试技巧

GDB 断点：

break opt_explain.cc:explain_query  # 跟踪 EXPLAIN 入口
break sql_select.cc:Sql_cmd_dml::execute_inner  # 跟踪优化入口

日志输出：

// 在 Query_expression::optimize 中打印优化步骤
DBUG_PRINT("info", ("Optimizing query block %d", query_block->select_number));

(2) 扩展性

自定义格式：通过继承 Explain_format 类实现新的输出格式。
插件优化器：通过 Optimizer 插件接口扩展优化规则。

总结

MySQL 的 EXPLAIN 实现通过 多层模块协作 完成，从命令解析到优化器决策，最终生成用户可读的执行计划。其源码设计兼顾灵活性与性能，支持多种输出格式和复杂查询场景。理解这一机制，有助于深入掌握 MySQL 的查询优化逻辑，并为性能调优提供底层支持。

##gdb调试堆栈

(gdb) bt
#0  explain_query (explain_thd=0x7c292c001070, query_thd=0x7c292c001070, unit=0x7c292cd4cf70) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/opt_explain.cc:2242
#1  0x000062de06742cd8 in Sql_cmd_dml::execute_inner (this=0x7c292cd0c590, thd=0x7c292c001070) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_select.cc:1020
#2  0x000062de06742067 in Sql_cmd_dml::execute (this=0x7c292cd0c590, thd=0x7c292c001070) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_select.cc:793
#3  0x000062de066b4841 in mysql_execute_command (thd=0x7c292c001070, first_level=true) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:4797
#4  0x000062de066b6cb3 in dispatch_sql_command (thd=0x7c292c001070, parser_state=0x7c2a111fd9f0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:5447
#5  0x000062de066ac0d7 in dispatch_command (thd=0x7c292c001070, com_data=0x7c2a111fe340, command=COM_QUERY) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:2112
#6  0x000062de066a9f77 in do_command (thd=0x7c292c001070) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:1459
#7  0x000062de06901835 in handle_connection (arg=0x62de159f9b90) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/conn_handler/connection_handler_per_thread.cc:303
#8  0x000062de08840bdc in pfs_spawn_thread (arg=0x62de159f8fd0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/storage/perfschema/pfs.cc:3043
#9  0x00007c2a1fc94ac3 in start_thread (arg=<optimized out>) at ./nptl/pthread_create.c:442
#10 0x00007c2a1fd26850 in clone3 () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone3.S:81
(gdb) b Query_expression::optimize
Breakpoint 2 at 0x62de067fe9ac: file /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_union.cc, line 983.

##普通select 查询gdb堆栈

(gdb) bt
#0  Query_expression::execute (this=0x7c291070bad0, thd=0x7c2910000bf0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_union.cc:1808
#1  0x000062de06742cf6 in Sql_cmd_dml::execute_inner (this=0x7c29105f3798, thd=0x7c2910000bf0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_select.cc:1022
#2  0x000062de06742067 in Sql_cmd_dml::execute (this=0x7c29105f3798, thd=0x7c2910000bf0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_select.cc:793
#3  0x000062de066b4841 in mysql_execute_command (thd=0x7c2910000bf0, first_level=true) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:4797
#4  0x000062de066b6cb3 in dispatch_sql_command (thd=0x7c2910000bf0, parser_state=0x7c2a0befb9f0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:5447
#5  0x000062de066ac0d7 in dispatch_command (thd=0x7c2910000bf0, com_data=0x7c2a0befc340, command=COM_QUERY) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:2112
#6  0x000062de066a9f77 in do_command (thd=0x7c2910000bf0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/sql_parse.cc:1459
#7  0x000062de06901835 in handle_connection (arg=0x62de1335a2f0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/sql/conn_handler/connection_handler_per_thread.cc:303
#8  0x000062de08840bdc in pfs_spawn_thread (arg=0x62de158573a0) at /home/yym/mysql8/mysql-8.1.0/storage/perfschema/pfs.cc:3043
#9  0x00007c2a1fc94ac3 in start_thread (arg=<optimized out>) at ./nptl/pthread_create.c:442
#10 0x00007c2a1fd26850 in clone3 () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone3.S:81
(gdb) p thd->query().str
$16 = 0x7c291070b9f0 "SELECT COUNT(*) FROM yym WHERE DATE_SUB(CURDATE(), INTERVAL 1 DAY)<=create_time\n LIMIT 0, 1000"

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http://www.kler.cn/a/570440.html