MySQL：什么时候NOT IN不等于NOT EXISTS

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当你想对两个表进行差分运算时，你有两种选择：使用NOT EXISTS 的子查询或者NOT IN 。后者可以说更易于编写，可以使查询方法更加明显。现代数据库系统可以优化两种执行计划从而查询到类似的结果，可以在外部和内部处理查询的相关性(我说“现代”，因为在上世纪90年代中期我已经吸取教训，当时我正在使用Oracle 7.3，它没有这个功能)。

两种结构有一个很大的不同：如果子查询返回的结果为NULL，那么 NOT IN 的条件将不执行，因为 NULL不等于它或不等于其它值。但是如果你注意到这一点，它们是等价的。事实上，这些消息告诉我们，NOT IN 查询更快，人们更喜欢用它查询。

这篇文章是关于一个数据库显著变慢的情况，而空值正是罪魁祸首。

考虑以下两个可能是用来追踪点击流数据的表。由于我们跟踪匿名和注册用户, EVENTS.USER_ID是可空的。然而，当用户不空，二级指标标就会具有较高的基数。

create table USERS 
( 
  ID    integer auto_increment primary key, 
  ... 
) 
 
create table EVENTS 
( 
  ID      integer auto_increment primary key, 
  TYPE    smallint not null, 
  USER_ID integer 
  ... 
) 
 
create index EVENTS_USER_IDX on EVENTS(USER_ID); 

好的，现在让我们使用这些表：从一小部分用户开始，我们想找到那些没有特定事件的用户。 使用NOT IN子句，并确保null值不出现在内部结果中，查询如下所示：

select  ID 
from    USERS 
where   ID in (1, 7, 2431, 87142, 32768) 
and     ID not in 
        ( 
        select  USER_ID 
        from    EVENTS 
        where   TYPE = 7 
        and     USER_ID is not null 
        ); 

对于我的测试数据集，USERS表有100,000行，EVENTS表有10,000,000行，并且EVENTS表中大约75%的USER_ID为空。 我在我的笔记本电脑上运行这条查询，它有一个Core i7处理器，12 GB的RAM和一个SSD。

我一直运行了约2分钟，这真是…哇。

让我们用NOT EXISTS和相关的子句替换NOT IN：

select  ID 
from    USERS 
where   ID in (1, 7, 2431, 87142, 32768) 
and     not exists 
        ( 
        select  1 
        from    EVENTS 
        where   USER_ID = USERS.ID 
        and     TYPE = 7 
        ); 

这个版本运行在0.01秒，这比我预期的时间更短。

是时候比较一下执行计划了。 ***个计划来自NOT IN查询，第二个来自NOT EXISTS。

+----+--------------------+--------+------------+----------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+----------+--------------------------+ 
| id | select_type        | table  | partitions | type           | possible_keys   | key             | key_len | ref  | rows | filtered | Extra                    | 
+----+--------------------+--------+------------+----------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+----------+--------------------------+ 
|  1 | PRIMARY            | USERS  | NULL       | range          | PRIMARY         | PRIMARY         | 4       | NULL |    5 |   100.00 | Using where; Using index | 
|  2 | DEPENDENT SUBQUERY | EVENTS | NULL       | index_subquery | EVENTS_USER_IDX | EVENTS_USER_IDX | 5       | func |  195 |    10.00 | Using where              | 
+----+--------------------+--------+------------+----------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+----------+--------------------------+ 

执行计划几乎相同：都是从USERS表中选择行，然后使用嵌套循环连接(“DEPENDENT SUBQUERY”)从EVENTS表中检索行。都声称使用EVENTS_USER_IDX在子查询中选择行。并且他们在每一步都估计了相似的行数。

但更仔细地查看连接类型。 NOT IN版本使用 index_subquery，而NOT EXISTS版本使用 ref。再查看ref列：NOT EXISTS版本使用了对其它列的显式引用，而NOT IN使用了一个函数。这里发生了什么?

index_subquery连接类型表示MySQL将扫描索引以查找子查询的相关行。可能是这个问题吗?我不这么认为，因为EVENTS_USER_IDX索引是“narrow”类型：它只有一列，所以引擎不应该读取大量的块来查找对应的外部查询的ID行(的确，我尝试了各种查询来测试这个索引，并且所有的运行都在几百分之一秒内)。

为了获取更多信息，我转向使用“extended”执行计划。 要查看此计划，请使用explain extended作为查询前缀，并接着使用 show warnings得到被MySQL优化器优化后的查询语句。 这是从NOT IN查询得到的(为了清晰重新格式化了)：

/* select#1 */  select `example`.`USERS`.`ID` AS `ID`  
                from    `example`.`USERS`  
                where   ((`example`.`USERS`.`ID` in (1,7,2431,87142,32768))  
                        and (not( 
 
    (`example`.`USERS`.`ID`, 
 
 
     ( 
 
      ( 
 
       (`example`.`USERS`.`ID`) in EVENTS on EVENTS_USER_IDX checking NULL where ((`example`.`EVENTS`.`TYPE` = 7) and (`example`.`EVENTS`.`USER_ID` is not null)) having  
 
        (`example`.`EVENTS`.`USER_ID`)))))))  

我找不到“on EVENTS_USER_IDX checking NULL”的解释，但我认为发生的是：优化器认为它正在执行一个IN查询，可以在结果中包含NULL; 在做出此决定时，它不考虑where子句中的空检查。 因此，它将检查(examine)USER_ID为null的750万行，以及与外部查询的值匹配的几十行。 通过“检查(examine)”，我的意思是它将读取表行，然后应用不为null条件。 此外，基于运行查询所花费的时间，我认为它为外部查询中的每个候选值执行了此操作。

所以，本文的论点是：每当你想在可为空的列上使用IN或NOT IN子查询时，请重新思考并使用EXISTS或NOT EXISTS代替。