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Database

1. 커버링 인덱스 (기본 지식 / WHERE / GROUP BY)

by 창천향로 창천향로 2020. 2. 16.
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일반적으로 인덱스를 설계한다고하면 WHERE절에 대한 인덱스 설계를 이야기하지만 사실 WHERE뿐만 아니라 쿼리 전체에 대해 인덱스 설계가 필요합니다.

인덱스의 전반적인 내용은 이전 포스팅을 참고하시면 좋습니다.

인덱스는 데이터를 효율적으로 찾는 방법이지만, MySQL의 경우 인덱스안에 포함된 데이터를 사용할 수 있으므로 이를 잘 활용한다면 실제 데이터까지 접근할 필요가 전혀 없습니다.

이처럼 쿼리를 충족시키는 데 필요한 모든 데이터를 갖고 있는 인덱스를 커버링 인덱스 (Covering Index 혹은 Covered Index) 라고합니다.

좀 더 쉽게 말씀드리면 SELECT, WHERE, ORDER BY, GROUP BY 등에 사용되는 모든 컬럼이 인덱스의 구성요소인 경우를 얘기합니다.

1-1. 커버링 인덱스 기본 지식

커버링 인덱스의 예제를 보기전에 기본 지식을 먼저 익히고 넘어가겠습니다.

1-1-1. Using index

먼저, 커버링 인덱스가 적용되면 아래와 같이 EXPLAIN 결과 (실행 계획) 의 Extra 필드에 "Using index" 가 표기됩니다.

usingindex

여기서 index가 표기되는 여러 항목들과 비교하면 다음과 같은 차이점이 있습니다.

표기 설명
Extra Using index 커버링 인덱스 (쿼리의 모든 항목이 인덱스 컬럼으로 이루어진 상태)
Extra Using index condition 인덱스 컨디션 푸시다운 인덱스
type index 인덱스 풀 스캔 (range 스캔이 아님)

인덱스 풀 스캔이 발생하는 경우는 아래와 같습니다.

  • range, const, ref와 같은 접근 방식으로 인덱스를 사용하지 못하는 경우
    • 위 조건과 더불어 아래 조건 중 하나가 동시 만족될 경우
    • 인덱스에 포함된 컬럼만으로 처리할 수 있는 쿼리인 경우 (즉, 데이터 파일을 안읽어도 되는 경우)
    • 인덱스를 이용해 정렬이나 그룹핑 작업이 가능한 경우 (즉, 별도의 정렬 작업을 피할 수 있는 경우)

1-1-2. Non Clustered Key와 Clustered Key

대상 제한
Clustered Key 1) PK
2) PK가 없을땐 유니크키
3) 1~2 둘다 없을 경우 6byte의 Hidden Key를 생성 (rowid)
테이블당 1개만 존재 가능
Non Clustered Key 일반적인 인덱스 여러개 생성 가능

Non Clustered Key와 Clustered Key를 통한 탐색은 다음과 같이 진행됩니다.

clusterindex

index-age는 age순으로 정렬되어있고, pk는 id순으로 정렬되어있습니다.

위 그림에선 2가지를 보셔야하는데요.

  • Non Clustered Key (일반적인 인덱스) 에는 인덱스 컬럼의 값들Clustered Key (PK) 의 값이 포함되어 있음
  • Clustered Key 만이 실제 테이블의 row 위치를 알고 있음

MySQL에서는 Non Clustered Key에 Clustered Key가 항상 포함되어 있습니다.
이유는 Non Clustered Key에는 데이터 블록의 위치가 없기 때문인데요.

즉, 인덱스 조건에 부합한 where 조건이 있더라도 select인덱스에 포함된 컬럼 외에 다른 컬럼값이 필요할때는 Non Clustered Key에 있는 Clustered Key 값으로 데이터 블록을 찾는 과정이 필요합니다.

다만 PK를 사용할 경우 인덱스 탐색 시간이 없어지기 때문에 향상된 데이터 파일 접근이 가능하다

커버링 인덱스는 여기서 "2. 실제 데이터 접근" 의 행위 없이 인덱스에 있는 컬럼값들로만 쿼리를 완성하는 것을 이야기 합니다.

자 이 내용을 숙지 하신뒤, 다음의 예제를 확인해보겠습니다.

1-2. SELECT

테스트용 테이블의 이름은 temp_ad_offset 입니다.
해당 테이블에 대략 1300만건의 데이터를 넣고 테스트를 진행합니다.

인덱스 (customer_id 컬럼만 존재)가 있을 경우, 아래의 쿼리는 어떻게 작동될까요?

select *
from temp_ad_offset
where customer_id = 7;

실행 계획을 돌려보면 다음과 같습니다.

example1

혹시나 실행 계획을 처음 보신다면 각 항목은 다음과 같습니다.

필드 설명
Selected_type SIMPLE UNION이나 서브쿼리가 없는 단순 Select
Type ref 조인을 할때 PK 혹은 Unique Key가 아닌 Key로 매핑된 경우.
여기서는 단일 테이블이니 동등 조건으로 검색할 경우를 가리킴
key idx_temp_ad_offset_customer_id 쿼리에 사용된 인덱스
ref const 비교 조건으로 어떤 값이 사용되었는지 나타냄.
여기서는 고정된 값인 7이 사용되어서 const로 표기된다
Extra 빈값일 경우 일반적인 쿼리

실행 계획의 결과는 일반적인 인덱스가 where절에 사용된 경우로 출력 됩니다.
(key 항목에 사용된 인덱스가, Extra 항목에는 빈값)
이 경우는 where절에는 인덱스가 사용되었지만, select절의 필드를 완성하기 위해 데이터 블록 접근이 있었다를 의미합니다.

자 그럼 여기서 쿼리의 select 절을 select customer_id로 해서 다시 해당 쿼리의 실행 계획을 확인해보겠습니다.

select customer_id
from temp_ad_offset
where customer_id = 7;

example2

앞선 결과와 다르게 Extra 항목에 Using index 가 등장합니다.
이 쿼리는 인덱스에 포함된 컬럼 (customer_id) 만으로 쿼리가 생성 가능하니 커버링 인덱스가 사용 된 것입니다.
이렇게 Extra 항목에 Using index 가 나온다면 이 쿼리는 커버링 인덱스가 사용된 것으로 보시면 됩니다.

Extra 항목에 Using index가 있어야만 인덱스를 사용한 것이 아닙니다.
인덱스 사용 유무는 key 항목에 선택된 인덱스가 있냐 없냐의 차이입니다.
Extra 항목에 Using index가 있는 경우는 쿼리 전체가 인덱스 컬럼값으로 다 채워진 경우에만 발생합니다.

자 이제 다양한 상황을 확인해보겠습니다.

1-3. WHERE + GROUP BY

먼저 GROUP BY 에서 인덱스는 아래 조건에서 적용됩니다.

  • GROUP BY 절에 명시된 컬럼이 인덱스 컬럼의 순서와 같아야 한다.
    • 아래 모든 케이스는 인덱스가 적용 안된다. (index: a,b,c)
    • group by b
    • group by b, a
    • group by a, c, b
  • 인덱스 컬럼 중 뒤에 있는 컬럼이 GROUP BY 절에 명시되지 않아도 인덱스는 사용할 수 있다.
    • 아래 모든 케이스는 인덱스가 적용된다. (index: a,b,c)
    • group by a
    • group by a, b
    • group by a, b, c
  • 반대로 인덱스 컬럼 중 앞에 있는 컬럼이 GROUP BY 절에 명시되지 않으면 인덱스를 사용할 수 없다
    • ex: (index: a,b,c), group by b, c인덱스 적용안됨
  • 인덱스에 없는 컬럼이 GROUP BY 절에 포함되어 있으면 인덱스가 적용되지 않는다.
    • ex: (index: a,b,c), group by a,b,c,d인덱스 적용안됨

여기서 WHERE 조건과 GROUP BY가 함께 사용되면 WHERE 조건이 동등 비교일 경우 GROUP BY 절에 해당 컬럼은 없어도 인덱스가 적용 됩니다.

즉, 아래 2개의 쿼리는 모두 정상적으로 인덱스가 적용 됩니다.
(인덱스 - a,b,c)

WHERE a = 1 
GROUP BY b, c

WHERE a = 1 and b = 'b'
GROUP BY c

그렇다면 WHERE의 조건이 동등 비교가 아닌 경우엔 어떻게 될까요?
한번 실험해보겠습니다.

1-3-1. WHERE가 동등 비교가 아닌 경우

먼저 동등 비교의 실행 계획을 확인해봅니다.
(인덱스 - offset_type, customer_id, base_date)

select *
from temp_ad_offset
where offset_type = 'GIVE_OFFSET'
group by customer_id, base_date
limit 2000000, 100;

해당 쿼리의 실행 계획은 아래와 같습니다.

where-group-1

1-2 에서 소개한 실행 계획과 거의 유사한 결과가 나왔습니다.

  • key항목을 보면 WHERE절의 인덱스가 잘 수행된 것을 확인할 수 있습니다.
  • Extra 항목에는 Using temporaryUsing filesort가 없는데, 이는 아래에서 설명하겠습니다.
    • 다만, 이 둘이 없다는 것은 GROUP BY가 인덱스를 잘 탔다 정도로 보시면 됩니다.

where-group-1-time

전체 수행 시간은 5.683초가 소요되었습니다.
이 시간이 오래 걸린것인지 정확히 알 수 없으니, 바로 다음 실험으로 가보겠습니다.

이번엔 WHERE의 조건만 like 로 변경해보겠습니다.
LIKE 조건은 인덱스가 가능하도록 %를 검색어 뒤편에 두겠습니다.

LIKE 검색에서 %가 검색어 앞에 있을 경우 인덱스를 타지 않습니다.

select *
from temp_ad_offset
where offset_type like 'GIVE%'
group by customer_id, base_date
limit 2000000, 100;

실행 계획은 다음과 같이 나왔습니다.

where-group-2

  • key항목을 보면 WHERE절의 인덱스가 잘 수행된 것을 확인할 수 있습니다.
  • Extra 항목에는 Using temporaryUsing filesort가 추가되었습니다.
    • 인덱스 Key대로 GROUP BY가 되었다면, 인덱스 Key대로 그룹핑만 진행하면 되기 때문에 별도의 임시 테이블 (temporary)를 만들어 그 안에서 정렬 (filesort)를 할 필요가 없습니다.
    • 즉, GROUP BY가 인덱스 순서대로 잘 탔다면, 이 2개 항목이 등장하지 않는다는 점을 명심해주세요.

GROUP BY가 제대로 인덱스를 타지 못한것 같습니다.
실제로 수행 시간을 확인해볼까요?

where-group-2-time

1분 17초가 수행되었습니다.
명백하게 성능 차이가 발생하죠?
자 그럼 여기서 첫번째 쿼리를 커버링 인덱스로 더 성능을 올려보겠습니다.
(즉, WHERE-GROUP BY가 인덱스를 탄 상황에서 SELECT 절까지 인덱스를 타도록 하는 것입니다.)

select offset_type, customer_id, base_date
from temp_ad_offset
where offset_type = 'GIVE_OFFSET'
group by customer_id, base_date
limit 2000000, 100;

실행 계획에서는 커버링 인덱스가 잘 수행된 것을 확인할 수 있습니다.

where-group-3

수행 시간은 1.6초로 기존 (5.683초) 대비 5배 이상 개선되었습니다.

where-group-3-time

WHERE 뿐만 아니라, GROUP BY절, SELECT절 역시 인덱스를 타게 되면 얼마나 성능이 개선되는지 알게 되었습니다!

1-4. 마무리

이번 포스팅에서는 커버링 인덱스의 기반 지식들과, SELECT, WHERE, GROUP BY 등의 인덱스 방식 등을 배워보았습니다.
다음 시간에는 WHERE-GROUP BY외에 WHERE-ORDER BY, WHERE-ORDER BY-GROUP BY등이 다 같이 모여있을때는 어떻게 되는지 같이 실험해보겠습니다.


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