例子：create table t1(id int primary key, a int, b int, index(a)); 从1开始递增插入1000行数据。
union执行
比如： (select 1000 as f) union (select id from t1 order by id desc limit 2);
它的语义是，取这两个子查询结果的并集。并集的意思就是这两个集合加起来，并且去重。
- 第二行的 key=PRIMARY，说明第二个子句用到了索引 id。
- 第三行的 Extra 字段，表示在对子查询的结果集做 union 的时候，使用了临时表 (Using temporary)。
这个语句的执行流程是这样的：
- 创建一个内存临时表，这个临时表只有一个整型字段 f，并且 f 是主键字段。
- 执行第一个子查询，得到 1000 这个值，并存入临时表中。
- 执行第二个子查询：拿到第一行 id=1000，试图插入临时表中。但由于 1000 这个值已经存在于临时表了，违反了唯一性约束，所以插入失败，然后继续执行；取到第二行 id=999，插入临时表成功。
- 从临时表中按行取出数据，返回结果，并删除临时表，结果中包含两行数据分别是 1000 和 999。
这里的内存临时表起到了暂存数据的作用，而且计算过程还用上了临时表主键 id 的唯一性约束，实现了 union 的语义。
如果把上面这个语句中的 union 改成 union all 的话，就没有了“去重”的语义。这样执行的时候，就依次执行子查询，得到的结果直接作为结果集的一部分，发给客户端。因此也就不需要临时表了。
可以看到，第二行的 Extra 字段显示的是 Using index，表示只使用了覆盖索引，没有用临时表了。
group by 执行
如：select id%10 as m, count(*) as c from t1 group by m;
这个语句的逻辑是把表 t1 里的数据，按照 id%10 进行分组统计，并按照 m 的结果排序后输出。它的 explain 结果如下：
这个语句的执行流程是这样的：
- 创建内存临时表，表里有两个字段 m 和 c，主键是 m；
- 扫描表 t1 的索引 a，依次取出叶子节点上的 id 值，计算 id%10 的结果，记为 x：如果临时表中没有主键为 x 的行，就插入一个记录 (x,1);如果表中有主键为 x 的行，就将 x 这一行的 c 值加 1；
- 遍历完成后，再根据字段 m 做排序，得到结果集返回给客户端。
如果你的需求并不需要对结果进行排序，那你可以在 SQL 语句末尾增加 order by null，也就是改成：
select id%10 as m, count(*) as c from t1 group by m order by null;
这样就跳过了最后排序的阶段，直接从临时表中取数据返回。这个例子里由于临时表只有 10 行，内存可以放得下，因此全程只使用了内存临时表。但是，内存临时表的大小是有限制的，参数 tmp_table_size 就是控制这个内存大小的，默认是 16M。
把内存临时表的大小限制为最大 1024 字节，并把语句改成 id % 100，这样返回结果里有 100 行数据。但是，这时的内存临时表大小不够存下这 100 行数据，也就是说，执行过程中会发现内存临时表大小到达了上限（1024 字节）。那么，这时候就会把内存临时表转成磁盘临时表，磁盘临时表默认使用的引擎是 InnoDB。
group by 优化方法
不论是使用内存临时表还是磁盘临时表，group by 逻辑都需要构造一个带唯一索引的表，执行代价都是比较高的。如果表的数据量比较大，上面这个 group by 语句执行起来就会很慢，这里可以进行优化。
1. 索引
group by 的语义逻辑，是统计不同的值出现的个数。但是，由于每一行 的结果是无序的，所以我们就需要有一个临时表，来记录并统计结果。
如果可以确保输入的数据是有序的，那么计算 group by 的时候，就只需要从左到右，顺序扫描，依次累加。按照这个逻辑执行的话，扫描到整个输入的数据结束，就可以拿到 group by 的结果，不需要临时表，也不需要再额外排序。
在 MySQL 5.7 版本支持了 generated column 机制，用来实现列数据的关联更新。你可以用下面的方法创建一个列 z，然后在 z 列上创建一个索引（如果是 MySQL 5.6 及之前的版本，你也可以创建普通列和索引，来解决这个问题）。
alter table t1 add column z int generated always as(id % 100), add index(z);
这样，索引 z 上的数据就是有序的了。上面的 group by 语句就可以改成：
select z, count(*) as c from t1 group by z;
优化后的 group by 语句的 explain 结果，如下图所示：
从 Extra 字段可以看到，这个语句的执行不再需要临时表，也不需要排序了。
2. 直接排序
如果碰上不适合创建索引的场景，我们还是要老老实实做排序的。
在 group by 语句中加入 SQL_BIG_RESULT 这个提示（hint），就可以告诉优化器：这个语句涉及的数据量很大，请直接用磁盘临时表。
MySQL 的优化器一看，磁盘临时表是 B+ 树存储，存储效率不如数组来得高。所以，既然你告诉我数据量很大，那从磁盘空间考虑，还是直接用数组来存吧。
select SQL_BIG_RESULT id%100 as m, count(*) as c from t1 group by m;
执行流程就是这样的：
- 初始化 sort_buffer，确定放入一个整型字段，记为 m；
- 扫描表 t1 的索引 a，依次取出里面的 id 值, 将 id%100 的值存入 sort_buffer 中；
- 扫描完成后，对 sort_buffer 的字段 m 做排序（如果 sort_buffer 内存不够用，就会利用磁盘临时文件辅助排序）；
- 排序完成后，就得到了一个有序数组。
根据有序数组，得到数组里面的不同值，以及每个值的出现次数。
从 Extra 字段可以看到，这个语句的执行没有再使用临时表，而是直接用了排序算法。
结论
基于上面的 union、union all 和 group by 语句的执行过程的分析，我们来看看MySQL 什么时候会使用内部临时表？
- 如果语句执行过程可以一边读数据，一边直接得到结果，是不需要额外内存的，否则就需要额外的内存，来保存中间结果；
- join_buffer 是无序数组，sort_buffer 是有序数组，临时表是二维表结构；
- 如果执行逻辑需要用到二维表特性，就会优先考虑使用临时表。比如我们的例子中，union 需要用到唯一索引约束， group by 还需要用到另外一个字段来存累积计数。
内容来源： 林晓斌《MySQL实战45讲》