Optimización de consultas MySQL en datos jerárquicos

Sin dedicar tiempo a probarlo, proporcionó un ejemplo incompleto. Definitivamente debería intentar reordenar de mesas unidas. La salida de explicación proporciona algo de información, digamos que ordenar por key_len debería ser heurísticamente más rápido. La primera tabla en la que se filtrará debe aparecer como la última en caso de que el optimizador no pueda resolverlo, creo.

Entonces, digamos que el orden 'c, v, k, u' es el mejor.

SELECT DISTINCT
  `v`.`key`,
  `u`.`val`
FROM
  `VertexDictionary`  AS `u`
  JOIN `SpecialKeys`       AS `k` ON (`k`.`x`, `k`.`key`) = (`u`.`x`, `u`.`key`)
  JOIN `VertexDictionary`  AS `v`
  JOIN `ConnectedVertices` AS `c` ON (`u`.`x`, `u`.`y`  ) = (`c`.`tail_x`, `c`.`tail_y`)
           AND (`v`.`x`, `v`.`y`  ) = (`c`.`head_x`, `c`.`head_y`)
WHERE
  `v`.`x` = X
;

'filas' sugeriría el orden 'c/u, k, v', pero eso depende de los datos:

SELECT DISTINCT
  `v`.`key`,
  `u`.`val`
FROM
  `VertexDictionary`  AS `u`
  JOIN `VertexDictionary`  AS `v`
  JOIN `SpecialKeys`       AS `k` ON (`k`.`x`, `k`.`key`) = (`u`.`x`, `u`.`key`)
  JOIN `ConnectedVertices` AS `c` ON (`u`.`x`, `u`.`y`  ) = (`c`.`tail_x`, `c`.`tail_y`)
                                 AND (`v`.`x`, `v`.`y`  ) = (`c`.`head_x`, `c`.`head_y`)
 WHERE
  `v`.`x` = X
;

Espero que esto ayude.

ACTUALIZAR (evitando la unión varchar):

SELECT DISTINCT
  `v`.`key`,
  `u`.`val`
FROM
       `ConnectedVertices` AS `c`
  JOIN `VertexDictionary`  AS `u` ON (`u`.`x`, `u`.`y`  ) = (`c`.`tail_x`, `c`.`tail_y`)
  JOIN `VertexDictionary`  AS `v` ON (`v`.`x`, `v`.`y`  ) = (`c`.`head_x`, `c`.`head_y`)
WHERE
  (`u`.`x`, `u`.`key`) IN (SELECT `k`.`x`, `k`.`key` FROM `SpecialKeys` AS `k`)
AND
  `v`.`x` = X
;