MySQL之索引

Posted 2022-12-13 爱叨叨的程序狗

引言

数据库作为项目中必不可少且运行速度相对较慢的一环，尤其是在大数据量下保证其更高的性能、更稳定的性能是每个后端程序员必备的技能。mysql在执行查询语句时，会通过IO扫描磁盘，遍历数据表中的每一条数据，时间复杂度为O(N)，当数据量达到百万级别时，查询的速度会极慢，严重影响用户体验。

索引概述

索引是一种数据结构，是对记录集的一个或多个字段的值进行排序的存储结构。

A database index is a data structure that improves the speed of operations in a table. Indexes can be created using one or more columns, providing the basis for both rapid random lookups and efficient ordering of access to records.

数据库索引是一种提高表操作速度的数据结构。 可以使用一列或多列创建索引，为快速随机查找和有效排序记录访问提供基础。

如何创建索引

• 创建数据表时添加索引

  CREATE UNIQUE INDEX index_name ON table_name ( column1, column2,...);
  

• 以修改数据表的形式添加索引

  ALTER TABLE testalter_tbl ADD INDEX (c);
  

索引对查询的影响

未加索引时查询某表：

explain
select * from employee where name = '陈静';

使用DDL语句给数据表Name字段增加索引：

alter table employee add index name_index (name);

再次执行查询语句，使用explain查看结果

MySQL在命中索引后，查询时不再扫描全表，而是通过索引找到对应数据。

索引是如何工作的

索引的出现其实是为了提高数据查询的效率，就像书的目录一样，根据目录可以快速定位到内容，类比于索引，根据索引提供指向存储在表的指定列中的数据值的指针，根据指针找到包含该值的行。

举一个形象点的例子：将一张数据表比喻成一个字典，数据表的每一条数据都相当于字典中的每一个字，当我们需要查询某个字时，需要从字典的第一页开始翻，直到找到我们要查找的目标字，机器擅长重复性劳动，不会觉得“累”，但是字典里的字实在是太多了，即使机器不怕“累”，但时效终究是我们追求的东西，因此，我们需要一个方法快速找到目标字，我们根据字的拼音首字母分类，将相同字母的字放在一起，即某个字母看做一个节点，该节点下都是同类的汉字，这样在查询时便缩小了查询范围，所有的分类放在一起就是目录，它记录了目标字（数据）所在的具体页数（行数）。

索引为什么选择B+树

常见的索引数据结构分为以下几种：

• 哈希表
• 有序数组
• B+树

哈希表

哈希表将待查询的值放入key中，value值放入数组中，在查询时通过计算Key的哈希值找到对应的值，因此哈希表适用于等值查询的场景（如：where id =1;），但哈希表并不是有序的，因此在区间查询（如where id between 1 and 5），在区间查询时，效率比较低。

有序数组

有序数组在等值查询和范围查询场景中的性能都非常优秀。

仅看查询效率，有序数组是最好的数据结构，使用二分法查询可以快速查询到目标值，时间复杂度是O(log(N))。但是在中间插入一个记录时就必须得挪动后面所有的记录，成本太高。

二叉树

二叉树的特点是：父节点左子树所有节点的值小于父节点的值，右子树所有节点的值大于父节点的值。查询复杂度是O(log(N))。

二叉树是搜索效率最高的，但是实际上没有多少数据库存储使用，因为索引不止存在于内存中，还要写在磁盘上。数据量较大时，二叉树的树过高，查询时需要访问过多节点，即需要硬盘多次寻址，这是一个耗时操作。

N叉树
概念：允许树的每个节点可以有两个以上的子节点，那么这个树就称为N阶多叉树。

MySQL默认一个节点的长度为16K，一个整数(bigint)字段索引的长度为8B，另外每个索引还跟着6B的指向其子树的指针；所以16K/14B≈1170。

树高是4的时候，就可以存1200的3次方个值（17亿），树根的数据总是存在内存中的，一个10亿行的表上一个整数字段的索引，查找一个值最多只需要访问3次磁盘。树的第二层也大概率在内存中，那么访问磁盘的次数就少了。

N 叉树由于在读写上的性能优点，以及适配磁盘的访问模式，已经被广泛应用在数据库引擎中。

常见问题

生产数据库添加索引

在开发中我们会遇到给生产数据库的表增加索引的情况，该行为属于是DDL操作，在执行时数据表会进行锁表，即表在锁定期间不可对表进行操作，必须等锁被释放才可以进行操作，给表增加索引会会触发为现有数据重建索引，可能会导致数据库长时间阻塞，事务不能被提交，最终会拖垮数据库，因此在给线上数据表增加索引时，可以使用如下操作：

按新结构创建新表 -> 将旧表数据迁移至新表 -> 重命名两个表（三步都通过编写sql语句完成，比手动操作快，第二步的数据迁移操作视情况而定）。