MySQL 进阶 索引 -- 索引使用原则（验证索引效率最左前缀法则范围查询索引失效情况SQL提示覆盖索引前缀索引单列索引与联合索引）索引设计原则

Posted 2022-04-18 CodeJiao

文章目录

• 1. 索引使用原则
• • 1.1 验证索引效率
  • 1.2 最左前缀法则
  • 1.3 范围查询
  • 1.4 索引失效情况
  • • 1.4.1 索引列运算
    • 1.4.2 字符串不加引号
    • 1.4.3 模糊查询
    • 1.4.4 or连接条件
    • 1.4.5 数据分布影响
  • 1.5 SQL提示
  • • 1.5.1 use index
    • 1.5.2 ignore index
    • 1.5.3 force index
  • 1.6 覆盖索引
  • 1.7 前缀索引
  • • 1.7.1 语法
    • 1.7.2 示例
    • 1.7.3 前缀长度
    • 1.7.4 前缀索引的查询流程
  • 1.8 单列索引与联合索引（组合索引）
• 2. 索引设计原则

1. 索引使用原则

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1.1 验证索引效率

tb_sku 这张表中准备了 1000w 的记录。

这张表中id为主键，有主键索引，而其他字段是没有建立索引的。 我们先来查询其中的一条记录，看看里面的字段情况，执行如下SQL：

select * from tb_sku where id = 1\\G;

可以看到即使有1000w的数据，根据id进行数据查询，性能依然很快，因为主键id是有索引的。 那么接下来，我们再来根据 sn 字段进行查询，执行如下SQL：

SELECT * FROM tb_sku WHERE sn = '100000003145001';

我们可以看到根据sn字段进行查询，查询返回了一条数据，结果耗时 20.78sec，就是因为sn没有索引，而造成查询效率很低。

那么我们可以针对于sn字段，建立一个索引，建立了索引之后，我们再次根据sn进行查询，再来看一下查询耗时情况。

create index idx_sku_sn on tb_sku(sn) ; 

然后再次执行相同的SQL语句，再次查看SQL的耗时。

SELECT * FROM tb_sku WHERE sn = '100000003145001';

我们明显会看到，sn字段建立了索引之后，查询性能大大提升。建立索引前后，查询耗时都不是一个数量级的。

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1.2 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，索引将会部分失效（后面的字段索引失效）。

注意 ： 最左前缀法则中指的最左边的列，是指在查询时，联合索引的最左边的字段（即是第一个字段）必须存在，与我们编写SQL时，条件编写的先后顺序无关。

以 tb_user 表为例，我们先来查看一下之前 tb_user 表所创建的索引。

tb_user表的建表语句

CREATE TABLE `tb_user` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `name` varchar(50) NOT NULL COMMENT '用户名',
  `phone` varchar(11) NOT NULL COMMENT '手机号',
  `email` varchar(100) DEFAULT NULL COMMENT '邮箱',
  `profession` varchar(11) DEFAULT NULL COMMENT '专业',
  `age` tinyint unsigned DEFAULT NULL COMMENT '年龄',
  `gender` char(1) DEFAULT NULL COMMENT '性别 , 1: 男, 2: 女',
  `status` char(1) DEFAULT NULL COMMENT '状态',
  `createtime` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `idx_user_phone` (`phone`),
  KEY `idx_user_name` (`name`),
  KEY `idx_user_pro_age_sta` (`profession`,`age`,`status`),
  KEY `idx_email` (`email`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=25 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci COMMENT='系统用户表';

INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('吕布', '17799990000', '[e-mail]', '软件工程', 23, '1', '6', '2001-02-02 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('曹操', '17799990001', '[e-mail]', '通讯工程', 33, '1', '0', '2001-03-05 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('赵云', '17799990002', '[e-mail]', '英语', 34, '1', '2', '2002-03-02 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('孙悟空', '17799990003', '[e-mail]', '工程造价', 54, '1', '0', '2001-07-02 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('花木兰', '17799990004', '[e-mail]', '软件工程', 23, '2', '1', '2001-04-22 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('大乔', '17799990005', '[e-mail]', '舞蹈', 22, '2', '0', '2001-02-07 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('露娜', '17799990006', '[e-mail]', '应用数学', 24, '2', '0', '2001-02-08 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('程咬金', '17799990007', '[e-mail]', '化工', 38, '1', '5', '2001-05-23 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('项羽', '17799990008', '[e-mail]', '金属材料', 43, '1', '0', '2001-09-18 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('白起', '17799990009', '[e-mail]', '机械工程及其自动 化', 27, '1', '2', '2001-08-16 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('韩信', '17799990010', '[e-mail]', '无机非金属材料工 程', 27, '1', '0', '2001-06-12 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('荆轲', '17799990011', '[e-mail]', '会计', 29, '1', '0', '2001-05-11 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('兰陵王', '17799990012', '[e-mail]', '工程造价', 44, '1', '1', '2001-04-09 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('狂铁', '17799990013', '[e-mail]', '应用数学', 43, '1', '2', '2001-04-10 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('貂蝉', '17799990014', '[e-mail]', '软件工程', 40, '2', '3', '2001-02-12 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('妲己', '17799990015', '[e-mail]', '软件工程', 31, '2', '0', '2001-01-30 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('芈月', '17799990016', '[e-mail]', '工业经济', 35, '2', '0', '2000-05-03 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('嬴政', '17799990017', '[e-mail]', '化工', 38, '1', '1', '2001-08-08 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('狄仁杰', '17799990018', '[e-mail]', '国际贸易', 30, '1', '0', '2007-03-12 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('安琪拉', '17799990019', '[e-mail]', '城市规划', 51, '2', '0', '2001-08-15 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('典韦', '17799990020', '[e-mail]', '城市规划', 52, '1', '2', '2000-04-12 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('廉颇', '17799990021', '[e-mail]', '土木工程', 19, '1', '3', '2002-07-18 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('后羿', '17799990022', '[e-mail]', '城市园林', 20, '1', '0', '2002-03-10 00:00:00');
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('姜子牙', '17799990023', '[e-mail]', '工程造价', 29, '1', '4', '2003-05-26 00:00:00');

在 tb_user 表中，有一个联合索引，这个联合索引涉及到三个字段，顺序分别为：profession，age，status。

对于最左前缀法则指的是，查询时，最左边的列，也就是profession必须存在，否则索引全部失效。而且中间不能跳过某一列，否则该列后面的字段索引将失效。 接下来，我们来演示几组案例，看一下具体的执行计划：

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and age = 31
  and status = '0';

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and age = 31;

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程';

以上的这三组测试中，我们发现只要联合索引最左边的字段 profession 存在，索引就会生效，只不过索引的长度不同。 而且由以上三组测试，我们也可以推测出profession字段索引长度为47、age字段索引长度为2、status字段索引长度为5。

explain
select *
from tb_user
where age = 31
  and status = '0';

explain
select *
from tb_user
where status = '0';

而通过上面的这两组测试，我们也可以看到索引并未生效，原因是因为不满足最左前缀法则，联合索引最左边的列profession不存在。

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and status = '0';

上述的SQL查询时，存在profession字段，最左边的列是存在的，索引满足最左前缀法则的基本条件。但是查询时，跳过了age这个列，所以后面的列索引是不会使用的，也就是索引部分生效，所以索引的长度就是47。

思考题：

当执行SQL语句（查询条件的顺序发生了变化）:

explain
select *
from tb_user
where age = 31
  and status = '0'
  and profession = '软件工程';

时，是否满足最左前缀法则，走不走上述的联合索引，索引长度？

可以看到，是完全满足最左前缀法则的，索引长度54，联合索引是生效的。

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1.3 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。

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and age > 30
  and status = '0';

当范围查询使用 > 或 < 时，走联合索引了，但是索引的长度为49，就说明范围查询右边的status字段是没有走索引的。

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and age >= 30
  and status = '0';

当范围查询使用 >= 或 <= 时，走联合索引了，但是索引的长度为54，就说明所有的字段都是走索引的。

所以，在业务允许的情况下，尽可能的使用类似于 >= 或 <= 这类的范围查询，而避免使用 > 或 < 。

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1.4 索引失效情况

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1.4.1 索引列运算

不要在索引列上进行运算操作，索引将失效。

在 tb_user 表中，除了前面介绍的联合索引之外，还有一个索引，是 phone 字段的单列索引。

A. 当根据phone字段进行等值匹配查询时，索引生效。

explain
select *
from tb_user
where phone = '17799990015';

B. 当根据phone字段进行函数运算操作之后，索引失效。

explain
select *
from tb_user
where substring(phone, 10, 2) = '15';

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1.4.2 字符串不加引号

字符串类型字段使用时，不加引号，索引将失效。

接下来，我们通过两组示例，来看看对于字符串类型的字段，加单引号与不加单引号的区别：

第一组示例：

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and age = 31
  and status = '0';

explain
select *
from tb_user
where profession = '软件工程'
  and age = 31
  and status = 0;

第二组示例：

explain
select *
from tb_user
where phone = '17799990015';

explain
select *
from tb_user
where phone = 17799990015;

经过上面两组示例，我们会明显的发现，如果字符串不加单引号，对于查询结果，没什么影响，但是数据库存在隐式类型转换，索引将失效。

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1.4.3 模糊查询

如果包含头部模糊匹配，索引失效。

接下来，我们来看一下这三条SQL语句的执行效果，查看一下其执行计划：

由于下面查询语句中，都是根据profession字段查询，符合最左前缀法则，联合索引是可以生效的，我们主要看一下，模糊查询时，%加在关键字之前，和加在关键字之后的影响。

explain
select *
from tb_user
where profession like '软件%';

explain
select *
from tb_user
where profession like '%工程';

explain
select *
from tb_user
where profession like '%工%';