面试题：MySQL索引优化排序性能的复杂场景分析

Question

假设有一个电商数据库，其中订单表（orders）有字段order_id（主键）、user_id、order_date、total_amount，用户表（users）有字段user_id（主键）、user_name、city。现在业务需求是查询每个城市中订单总金额（total_amount）排名前三的用户订单信息，并且按order_date倒序排列。请分析如何通过合理使用索引来优化此查询的排序性能，给出具体的索引创建策略以及查询SQL，并说明优化的要点和可能面临的问题。

Answer 1

索引创建策略

1. 在 orders 表上创建复合索引 idx_order_date_total_amount，以 order_date 降序和 total_amount 降序排列，这样在查询时可以利用索引的有序性进行排序和筛选。

   CREATE INDEX idx_order_date_total_amount ON orders (order_date DESC, total_amount DESC);
   

2. 在 users 表上创建索引 idx_city，用于快速定位城市。

   CREATE INDEX idx_city ON users (city);
   

3. 在 orders 表上创建 user_id 索引，因为需要通过 user_id 关联 users 表。

   CREATE INDEX idx_user_id ON orders (user_id);
   

查询SQL

WITH RankedOrders AS (
    SELECT
        o.order_id,
        o.user_id,
        o.order_date,
        o.total_amount,
        ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY u.city ORDER BY o.total_amount DESC, o.order_date DESC) AS rn
    FROM
        orders o
    JOIN
        users u ON o.user_id = u.user_id
)
SELECT
    ro.order_id,
    ro.user_id,
    ro.order_date,
    ro.total_amount,
    u.user_name,
    u.city
FROM
    RankedOrders ro
JOIN
    users u ON ro.user_id = u.user_id
WHERE
    ro.rn <= 3
ORDER BY
    u.city, ro.rn, ro.order_date DESC;

优化要点

1. 索引覆盖查询：通过创建复合索引 idx_order_date_total_amount，使得查询可以直接从索引中获取 order_date 和 total_amount 字段，减少回表操作，提高查询效率。
2. 利用索引排序：复合索引 idx_order_date_total_amount 已经按照 order_date 降序和 total_amount 降序排列，这样在 ROW_NUMBER() 函数和最终的 ORDER BY 中可以直接利用索引的有序性，避免额外的排序操作。
3. 减少数据扫描：idx_city 索引用于快速定位城市，减少对 users 表全表扫描；idx_user_id 索引用于快速关联 orders 表和 users 表，减少数据检索范围。

可能面临的问题

1. 索引维护成本：增加索引会增加插入、更新和删除操作的成本，因为数据库需要同时更新索引结构。如果表的数据更新频繁，过多的索引可能会导致性能下降。
2. 索引空间占用：索引会占用额外的存储空间，特别是对于大数据量的表，可能会导致磁盘空间不足的问题。
3. 查询优化器选择：查询优化器可能不总是选择我们期望的索引，尤其是在复杂查询或者数据分布不均匀的情况下。此时可能需要使用 FORCE INDEX 提示来强制查询使用特定的索引，但这不是一个通用的解决方案，需要谨慎使用。