MySQL-进阶篇

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存储引擎

MySQL体系结构

MySQL体系结构图.png

  • 连接层
    最上层是一些客户端和链接服务,主要完成一些类似于链接处理、授权认证、及相关的安全方案。服务器也会为安全接入的每个客户端验证它所具有的操作权限。
  • 服务层
    第二层架构主要完成大多数的核心服务功能,如SQL接口,并完成缓存的查询,SQL的分析和优化,部分内置函数的执行。所有跨存储引擎的功能也在这一层实现,如过程、函数等。
  • 引擎层
    存储引擎真正的负责了MySQL中数据库的存储和提取,服务器通过API和存储引擎进行通信。不同的存储引擎具有不同的功能,这样我们可以根据自己的需求,来选取合适的存储引擎。
  • 存储层
    主要是将数据存储在文件系统之上,并完成与存储引擎的交互。

存储引擎简介

存储引擎就是存储数据、建立索引、更新/查询数据等技术的实现方式。存储引擎是基于表的,而不是基于库的,所以存储引擎也可以被称为表类型。

查询表结构 ---默认存储引擎:InnoDB

show create table accout;

  1. 在创建表时,指定存储引擎
create table 表名(
     字段1 字段1类型[comment 字段1注释],
     ....
     字段n 字段n类型[comment 字段n注释]
)engine=innoDB[comment 表注释];
  1. 查看当前数据库支持的存储引擎
    show engines;

案例:创建表my_myisam,并指定MyISAM存储引擎。

create table my_mysiam(
id int,
name varchar(10)
)engine = MyISAM;

存储引擎特点

InnoDB

InnoDB是一种兼顾可靠性和高性能的通用存储引擎,在MySQL5.5之后,InnoDB是默认的MySQL存储引擎。

  1. 特点

DML操作遵循ACID模型,支持事务
行级锁,提高并发访问属性;
支持外键foreign key 约束,保证数据的完整性和正确性;

  1. 文件

xxx.ibd:xxx代表的是表名,InnoDB引擎的每张表都会对应这样一个表空间文件,存储该表的表结构(frm、sdi)、数据和索引。
参数:innodb_file_per_table

案例:查看系统的变量

show variable like 'innodb_file_per_table';

  1. InnoDB

InnoDB.png

MyISAM

MyISAM是MySQL早期的默认存储引擎。

  1. 特点

不支持事务,不支持外键;
支持表锁,不支持行锁;
访问速度快;
tb_book.MYD : MYD 文件 存储数据
tb_book.MYI : MYI文件 存储索引
tb_book_448.sdi : SDI文件 存储表结构信息

Memory
  1. Memory引擎的表数据时存储在内存中,由于受到硬件问题、或断电问题的影响,只能将这些表作为临时表或缓存使用。
  2. 特点
    内存存放
    hash索引(默认)
  3. 文件
    xxx.sdi:存储表结构信息
区别
特点InnoDBMyISAMMemory
存储限制64TB
事务安全支持--
锁机制行锁表锁表锁
B+tree索引支持支持支持
Hash索引--支持
全文索引支持(5.6版本之后)支持-
空间使用N/A
内存使用中等
批量插入速度
支持外键支持--

存储引擎选择

在选择存储引擎时,应该根据应用系统的特点选择合适的存储引擎。对于复杂的液压系统,还可以根据实际情况选择多种存储引擎进行组合。

  • InnoDB:是MySQL的默认存储引擎,支持事务、外键。如果应用对事务的完整性有比较高的要求,在并发条件下要求数据的一致性,数据操作除了插入和查询之外,还包含很多的更新、删除操作,那么InnoDB存储引擎是比肩合适的选择。
  • MyISAM:如果应用是以读操作和插入操作为主,只有很少的更新和删除操作,并且对事务的完整性、并发性要求不是很高,那么选择这个存储引擎是非常合适的。
  • MEMORY:将所有数据保持在内存中,访问速度快,通常用于临时表及缓存。MEMORY的缺陷就是对表的大小有限制,太大的表无法缓存在内存中,而且无法保障数据的安全性。

索引

索引概述

  1. 介绍
    索引(index)是帮助MySQL高效获取数据数据结构有序)。在数据之外,数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构,这些数据结构以某种方式引用(指向)数据,这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法,这种数据结构就是索引。
  2. 优缺点
优势劣势
优势劣势
提高数据检索的效率,降低数据库的IO成本索引列也是要占用空间的。
通过索引列对数据进行排序,降低数据排列的成本,降低CPU的消耗。索引大大提高了查询效率,同时却也降低更新表的速度,如对表进行insert、update、delete时,效率降低。

索引结构

MySQL的索引是在存储引擎层实现的,不同的存储引擎有不同的结构,主要包含以下几种:

索引结构描述
B+Tree索引最常见的索引类型,大部分引擎都支持B+树索引
Hash索引底层数据结构是用哈希表实现的,只有精确匹配索引列的查询才有效,不支持范围查询
R-tree(空间索引)空间索引是MyISAM引擎的一个特殊索引类型,主要用于地理空间数据类型,通常使用较少
Full-text(全文索引)是一种通过建立倒排索引,快速匹配文档的方式。类似于Lucene,Solr,ES
索引InnoDBMyISAMMemory
B+tree索引支持支持支持
Hash索引不支持不支持支持
R-tree索引不支持支持不支持
Full-text5.6版本之后支持支持不支持

我们平常所说的索引,如果没有特别指明,都是指B+树结构组织的索引。

二叉树
  1. 二叉树缺点:顺序插入时,会形成一个链表,查询性能太低,大数据量的情况下,层级较深,检索较慢。
  2. 红黑树:大数据情况下,层级较深,检索速度慢。
B-Tree(多路平衡查找树)

以一颗最大度数(max-degree)为5(5阶)的B-tree为例(每个节点最多存储4个key,5个指针); 树的度数:指的是一个节点的子节点个数。

多路平衡查找树.png B-Tree具体动态变化的过程
www.cs.usfca.edu/~galles/vis…

B+Tree

以一颗最大度数(max-degree)为4(4阶)的B+tree为例:

B+Tree.png 相对于B-Tree区别

  1. 所有的数据都会出现在叶子结点

  2. 叶子结点形成一个单向链表

    • B+Tree

MySQL索引数据结构对经典的B+Tree进行了优化,在元B+Tree的基础上,增加了一个指向相邻叶子节点的链表指针,就形成了带有顺序指针的B+Tree,提高区间访问的性能。

B+Tree结构.png

Hash

哈希索引就是采用一定的Hash算法,将键值换算成新的hash值,映射到对应的槽位上,然后存储在hash表中。
如果两个(或多个)键值,映射到一个相同的槽位上,他们就产生了hash冲突(也称为hash碰撞),可以通过链表来解决。

  1. hash索引特点
  • hash索引只能用于对等比较(=,in),不支持范围查询(between,>,<....)
  • 无法利用索引完成排序排序操作
  • 查询效率高,通常只需要一次检索就可以了,效率通常要高于B+Tree索引
  1. 存储引擎支持 在MySQL中,支持hash索引的是Memory引擎,而InnoDB中具有自适应hash功能,hash索引是存储引擎根据B+Tree索引在指定条件下自动构建的。

思考
为什么InnoDB存储引擎选择使用B+Tree索引结构?

  • 相对于二叉树,层级更少,搜索效率更高。
  • 对于B-Tree,无论是叶子节点还是非叶子节点,都会保存数据,这样导致一页中存储的键值减少,指针跟着减少,要同样保存大量数据,只能增加树的高度,导致性能降低。
  • 相对于hash索引,B+Tree支持范围匹配排序操作。

索引分类

分类含义特点关键字
主键索引针对于表中主键创建的索引默认自动创建,只能有一个primary
唯一索引避免同一个表中某数据列中的值重复可以有多个unique
常规索引快速定位特定数据可以有多个
全文索引全文索引查找的是文本中的关键词,而不是比较索引中的值可以有多个fulltext

在InnoDB存储引擎中,根据索引的存储形式,又可以分为以下两种:

分类含义特点
聚集索引(Clustered Index)将数据存储与索引放到了一块,索引结构的叶子节点保存了行数据必须有,而且只有一个
二级索引(Secondary Index)将数据与索引分开存储,索引结构的叶子节点关联的是对应的主键可以存在多个

聚集索引规则

  • 如果存在主键,主键索引就是聚集索引。
  • 如果不存在主键,将使用第一个唯一(unique)索引作为聚集索引。
  • 如果表没有主键,或没有合适的唯一索引,则InnoDB会自动生成一个rowid作为隐藏的聚集索引。

索引分类.png

回表查询.png

索引语法

创建索引

create [unique|fulltext] index index_name on table_name (index_col_name,...);
index_col_name:字段
如果只关联了一个字段:单列索引
如果一个索引关联了多个字段:联合索引/组合索引

案例:为表user中的name字段创建一个索引(idx_user_name)

create index idx_user_name on user (name) ;

anl:为profession、age、status创建联合索引。

create index idx_user_pro_age_sta on user (profession,age,status);

查看索引

show index from table_name;

删除索引

drop index index_name on table_name;

SQL性能分析

SQL执行频率

MySQL客户端连接成功后,通过show[ session | global ] status命令可以提供服务器状态信息。通过如下指令,可以查看当前数据的insert、update、delete、select的访问频次。

show global status like 'com___';(这有7个下划线,代表7个子符)

global: 查看全局的信息
session: 查看当前会话的信息

慢查询日志

慢查询日志记录了所有执行时间超过指定参数(long_query_time,单位:秒,默认10秒)的所有SQL语句的日志。
MySQL的慢查询日志默认没有开启,需要在MySQL的配置文件(/etc/my.cnf)中配置如下信息:

开启MySQL慢日志查询开关
slow_query_log=1;

设置慢日志的时间为2秒,SQL语句执行时间超过2秒,就会视为慢查询,记录慢查询日志
long_query_time=2;

配置完成之后,通过以下指令重新启动MySQL服务器进行测试,查看慢日志文件中记录的信息
/var/lib/mysql/localhost-slow.log



  1. 修改配置文件:vi/etc/my.cnf

配置文件.png

  1. 将慢日志开关开启
    slow_query_log=1;
  2. 设置慢日志时间
    long_query_time=2;
  3. 保存设置(输入x)
slow_query_log=1
long_query_time=2

#回车完成后
:x    ---输入x保存
  1. 重启MySQL
    systemctl restart mysqld


查询慢查询日志的开关情况

show variables like 'slow_query__log';

profile详情

show Profiles能够在做SQL优化时帮助我们了解时间都耗费到哪里去了。通过have_profiling参数,能够看到当前MySQL是否支持profile操作:
select @@have_profiling;
默认profiling是关闭的,可以通过set语句在session/global级别开启profiling:
set profiling=1;
查询profiling开关是否打开:
slecte @@profiling;

执行一系列的业务SQL的操作,然后通过如下指令查看指令的执行耗时:

查看每一条SQL的耗时基本情况
show profiles;

查看指定query_id的SQL语句各个阶段的耗时情况
show profile for query_id;

查看指定query_id的SQL语句CPU的使用情况
show profile cpu for query_id;

explain执行情况
  1. explain或者desc命令获取MySQL如何执行select语句的信息,包括在select语句执行过程中表如何连接和连接的顺序。
    语法:

直接在select语句之前加上关键字explain/desc
explain select 字段列表 from 表名 where 条件;

  1. explain执行计划各字段含义:
  • id
    select查询的序列号,表示查询中执行select子句或者是操作表的顺序(id相同,执行顺序从上到下;id不同,值越大,越先执行)。

  • select_type
    表示select的类型,常见的取值有simple(简单表,即不使用表连接或者子查询)、primary(主查询,即外层的查询)、union(union中的第二个或者后面的查询语句)、subquery(select/where之后包含子查询)等。

  • type
    表示连接类型,性能由好到差的连接类型为null、system、const、eq_ref、ref、range、index、all。
    当我们根据主键或者唯一索引,则是出现const,如果出现非唯一索引,则是ref

  • possible_key
    显示可能应用在这张表上的索引,一个或多个

  • key
    实际使用的索引,如果为null,则没有使用索引。

  • key_len
    表示索引中使用的字节数,该值为索引字段最大可能长度,并非实际使用长度,在不损失精确性的前提下,长度越短越好。

  • rows
    MySQL认为必须要执行·查询的行数,在innoDB引擎表中,是一个估计值,可能并不总是准确的。

  • filtered
    表示返回结果的行数占需读取的行数的百分比,filtered的值越大越好。

索引使用

验证索引效率
  1. 在未建立索引之前,执行如下SQL语句,查看SQL的耗时。
    select * from tb_sku where sn = '1000000003145001';

  2. 针对字段创建索引
    create index idx_sku_sn on tb_sku(sn);
    idx_sku:索引名称
    tb_sku:表名
    sn:字段名

  3. 然后再次执行相同的SQL语句,再次查看SQL的耗时
    select * from tb_stu where sn='1000000003145001';

索引使用
最左前缀法则

如果索引了多列(联合索引),要遵守最左前缀法则,最左前缀法则指的是查询从索引的最左列开始,并且不跳过索引中的列。
如果跳跃某一列(最左列除外),索引将部分失效(后面的字段索引失效)
如果跳跃了最左列索引,则不启用索引

eg:联合索引:1.profassion 2.age 3.status
select * from tb_user where age = 31 and status = '0';索引失效
select * from tb_user where profassion = '软件工程' and status = '0';因为跳过了age索引,所以status索引失效。
select * from tb_user where age = 31 and status = '0' and profession = '软件工程';全部索引都用上了,所以字段必须存在,和放在哪个位置没有关系

范围查询

联合索引中,出现范围查询(>,<),范围查询右侧的列索引失效

eg:select * from tb_user where profession = '软件工程' and age > 30 and status = '0';因为age索引使用了范围查询,所以status索引失效。

解决方法:将大于号(>)改成大于等于(>=),小于号(<)改成小于等于(<=)。

索引列运算

不要在索引列上进行运算操作,索引将失效

eg:在字段phone上有一个索引idx_user_phone
select * from tb_user where substring(phone,10,2) = '15'; idx_user_phone索引失效 ,性能变差。
substring:截取phone中第10个位置开始的两位数。

字符串不加引号

select * from tb_user where phone = 17763763672;
虽然一样可以执行出来,但是这个字段的索引没用上。17763763672要加上''才会用上索引

模糊查询

如果仅仅是尾部模糊匹配,索引不会失效。如果是头部模糊匹配,索引失效。

eg:select * from tb_user where profession like '软件%';
在符合最左前缀法则的条件下,profession的索引不会失效。
select * from tb_user where profession like '%工程';
索引失效,只能全局扫描

or连接的条件

用or分割开的条件,如果or前的条件中的列有索引,而后面的列中没有索引,那么涉及的索引都不会被用到。

explain select * from tb_user where id= 10 or age = 23;age没有索引
explain select * from tb_user where phone = '17734562789' or age = 23;
由于age没有索引,所以即使id、phone有索引,索引也会失效,所以需要针对于age也要建立索引。

第一步:建立索引
create index idx_user_age on tb_user(age);
第二步:查询
explain select * from tb_user where id= 10 or age = 23;

数据分布影响

如果MySQL评估使用索引比全表更慢,则不使用索引。
eg: 在表tb_user中phone的值都是大于等于17799990000
select * from tb_user where phone >= 17799990000
这种情况下,会不使用索引,而使用全局扫描,因为所有值/(绝大多数)都是大于等于这个值的。

SQL提示

SQL提示,是优化数据库的一个重要手段,简单来说,就是SQL语句中加入一些人为的提示来达到优化操作的目的。
use index 建议使用
explain select * from tb_user use index(id_user_pro) where profession = '软件工程';
ignore index 忽略
explain select * from tb_user ingnore index(id_user_pro) where profession = '软件工程';
force index 强制使用
explain select * from tb_user froce index(id_user_pro) where profession = '软件工程';

覆盖索引

尽量使用覆盖索引(查询使用了索引,并且需要返回的列,在该索引中已经全部能够找到),减少select *。

覆盖索引.png

覆盖索引使用.png

思考题
一张表,有四个字段(id,username,password,status)由于数据量大,需要对以下SQL语句进行优化,该如何进行才是最优方案。
select id,username,password,status from ub_user where usename = 'itcast';
答案:将usernamehe1password建立一个联合索引

前缀索引

当字段类型为字符串(varchar,text等)时,有时候需要索引很长的字符串,这会让索引变得很大,查询时,浪费大量的磁盘IO,影响查询效率。此时可以只将字符串的一部分前缀,建立索引,这样可以大大节约索引空间,从而提高索引效率。

  1. 语法
    create index idx_xxxx on table_name(column(n));
    在表(table_name)字段(column)建立一个n个字符的索引(idx_xxxx)。
  2. 前缀长度
    可以根据索引的选择性来决定,而选择性是指不重复的索引值(基数)和数据表的记录总数的比值,索引选择性越高则查询效率越高,唯一索引的选择性是1,这是最好的索引选择性,性能也是最好的。

select count(distinct email)/count(*) from tb_user;
select count(distinct substring(email,1,5))/count(*) from tb_user;
emali是表中的一个字段

  1. 前缀索引查询流程

前缀索引.png

在所查询的字符过大时,可以采用前缀索引。

单列索引与联合索引

单列索引:即一个索引只包含单个列。
联合索引:即一个索引包含了多个列。
在业务场景中,如果存在多个查询条件,考虑针对于查询字段建立索引时,建议建立联合索引,而非单列索引。

  1. 单列索引情况
    explain select id,phone,name from tb_user where phone = '17767675435' and name = '韩信';

单列索引.png 多条件联合查询时,MySQL优化器会评估哪个字段的索引效率更高,会选择索引完成本次查询

  1. 联合索引情况

联合索引.png

建立联合索引时的字段顺序是有影响的

索引设计原则

  1. 针对于数据量较大,且查询比较频繁的表建立索引。
  2. 针对于常作为查询条件(where)、排序(order by)、分组(group by)操作的字段建立索引。
  3. 尽量选择区分度高的列作为索引,尽量建立唯一索引,区分度越高,使用索引的效率越高。
  4. 如果是字符串类型的字段,字段的长度越长,可以针对于字段的特点,建立前缀索引。
  5. 尽量使用联合索引,减少单列索引,查询时,联合索引很多时候可以覆盖索引,节省存储空间,避免回表,提高查询效率。
  6. 要控制索引的数量,索引并不是多多益善,索引越多,维护索引结构的代价也就越大,会影响增删改的效率。
  7. 如果索引列不能存储null值,请在创建表时使用not null约束它,当优化器知道每列是否包含null值时,它可以更好地确定哪个索引最有效地用于查询。

SQL优化

插入数据(insert)

批量插入

insert into tb_test values(1,'Tom'),(2,'jery');
建议不要超过1000条

手动提交事务
start transaction;
insert into tb_test values(1,'Tom'),(2,'Cat'),(3,'Jerry');
insert into tb_test values(4,'Tom'),(5,'Cat'),(6,'Jerry');
insert into tb_test values(7,'Tom'),(8,'Cat'),(9,'Jerry');
commit;
主键顺序插入

主键乱序插入:8 1 5 3 7 9 45 37 主键顺序插入:1 3 5 7 8 9 37 45

顺序插入性能要高于乱序插入的性能

大批量插入数据

如果一次性需要插入大批量数据,使用insert语句插入性能较低,此时可以使用MySQL数据库提供的load指令进行插入。操作如下:

插入数据.png

客户端连接服务器,加上参数--local-infile
mysql--local-infile -u -root -p
设置全局参数local_infile为1,开启从本地加载文件导入数据的开关
set global local_infile=1;
执行local指令将准备好的数据,加载到表结构中
local data local infile '/root/sql1.log' into table 'tb_user' fields terminated by ',' lines terminated by '\n';
**'/root/sql1.log'**文件位置
'tb_user' 表名
fields terminated by ',' 字段之间用逗号分隔
lines terminated by '\n' 分行
查询全局参数是否开启
select @@local_infile;0:未开启;1:开启

主键优化

数据组织方式

在innoDB存储引擎中,表数据都是根据主键顺序组织存放的,这种存储方式的表称为索引组织表(index organized table IOT

逻辑存储结构.png

页分裂

页可以为空,也可以填充一半,也可以填充100%。每个也包含了2-N行数据(如果一行数据过大,会行溢出),根据主键排列。

主键顺序插入.png

主键乱序插入.png 主键乱序插入会出现页分裂

页合并

当删除一行记录时,实际上记录并没有被物理删除,只是记录被标记(flaged)为删除并且它的空间变得允许被其他记录声明使用。
当页中删除的记录达到merge_threshold(默认为页的50%),innoDB会开始寻找最靠近的页(前或后)看看是否可以将两个页合并以优化。

页合并1.png 合并 页合并2.png 再插入 页合并3.png merge_threshold:合并的阀值,可以自己设置,在创建表或者创建索引的指定。

主键设计原则
  1. 满足业务需求的情况下,尽量降低主键的长度。
  2. 插入数据时,尽量选择顺序插入,选择使用auto_increment自增主键。
  3. 尽量不要使用UUID做主键或者是其他自然主键,如身份证号。
  4. 业务操作时,避免对主键的修改。

order by优化

  1. Using filesort:通过表的索引或全表扫描,读取满足条件的数据行,然后再排序缓冲区sort buffer中完成的排序操作,所有不是通过索引直接返回排序结果的排序都叫FileSort排序。
  2. Using index:通过有序索引顺序扫描直接返回有序数据,这种情况即为using index,不需要额外排序,操作效率高。

根据age,phone进行降序一个升序,一个降序。
explain select id,age,phone from tb_user order by age asc, phone desc;
创建索引
create index idx_user_age_phone_ad on tb_user(age asc , phone desc);
根据age,phone进行降序一个升序,一个降序
explain select id,age,phone from tb_user order by age asc, phone desc; 先按照age升序排序,再按照phone降序排序。
这些所有的排序规则都有一个条件,前提是使用了覆盖索引

总结

  • 根据排序字段建立合适的索引,多字段排序是,也遵循最左前缀法则。
  • 尽量使用覆盖索引
  • 多字段排序,一个升序一个降序,此时需要注意联合索引在创建时的规则(asc/desc)
  • 如果不可避免的出现filesort,大数据量排序时,可以适当增大排序缓冲区大小sort_buffer_size(默认256k)。

group by 优化

group by优化.png

  1. 在分组操作时,可以通过索引来提高效率。
  2. 分组操作时,索引的使用也是满足最左前缀法则的。

limit优化

  1. 一个常见又非常头疼的问题就是limit 2000000,10 ,此时需要MySQL排序前2000010 记录,仅仅返回2000000-2000010 的记录,其他记录丢弃,查询排序的代价非常大。

  2. 优化思路:一般分页查询时,通过创建覆盖索引能够比较好地提高性能,可以通过覆盖索引加子查询形式进行优化。
    explain select * from tb_sku t,(select id from tb_sku order by id limit 2000000,10) a where t.id = a.id;

count优化

explain select count(*) from tb_stu;

  1. MyISAM引擎把一个表的总行数存在了磁盘上,因此执行count(*)的时候会直接返回这个数,效率很高;
  2. InnoDB引擎就麻烦了,它执行count(*)的时候,需要把数据一行一行地从引擎里面读出来,然后累积计数。

优化思路:自己计数。

  1. count的几种用法
  • count()是一个聚合函数,对于返回的结果集,一行行地判断,如果count函数的参数不是null,累计值就加1,否则不加,最后返回累计值。
  • 用法:count(*)、count(主键)、count(字段)、count(1)
    count(1):有记录的都会记为1,即统计不为null的总数。
  • count(主键)
  • InnoDB引擎会遍历整张表,把每一行的主键id值取出来,返回给服务层。服务层拿到主键后,直接按进行累加(主键不可能为null)。
  • count(字段)
    没有not null约束:InnoDB引擎会遍历整张表把每一行的字段值都取出来,返回给服务层,服务层判断是否为null,不为null,计数累加。
    有not null约束:InnoDB引擎会遍历整张表把每一行的字段都取出来,返回给服务层,直接按行进行累加。
  • count(1)
    InnoDB引擎遍历整张表,但不取值。服务层对于返回的每一行,放一个数字“1”进去,直接按行进行累加。
  • count(*)
  • InnoDB引擎并不会把全部字段取出来,而是专门做了优化,不取值,服务层直接按行进行累加。

按照效率来排序的话,count(字段)< count(主键id)< count(1)= count(*),所以尽量使用count(*)。

update优化

updata student set no = '2000100100' where id = '1';
updata student set no = '2000100105' where name = '韦一笑';

InnoDB的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁,并且该索引不能失效,否则会从行锁升级为表锁。 如果升级为了表锁,并发性能会降低。