用简单例子带你了解联合索引查询原理及生效规则

Posted 2022-03-01 华为云开发者社区

摘要：一般都是设计联合索引，很少用单个字段做索引，因为还是要尽可能让索引数量少，避免磁盘占用太多，影响增删改性能。

本文分享自华为云社区《联合索引查询原理及生效规则》，作者：JavaEdge。

一般都是设计联合索引，很少用单个字段做索引，因为还是要尽可能让索引数量少，避免磁盘占用太多，影响增删改性能。

有个表存储学生成绩，id是自增主键，包含学生班级、学生姓名、科目名称、成绩分数四个字段，平时查询，可能比较多的就是查找某个班的某个学生的某个科目的成绩。

所以，我们可以针对【学生班级，学生姓名，科目名称】建立一个联合索引。

有两个数据页：

• 第一个数据页里有三条数据，每条数据都包含联合索引的三个字段的值和主键值，数据页内部按序排：先按班级排序，若一样则按姓名排序，若再一样，则按科目名排序。所以数据页内部都是按照三个字段值排序，组成单链表。
• 数据页之间有序。第二个数据页里的三个字段的值一定都＞上一个数据页里三个字段的值，比较方法也是按班级名称、学生姓名、科目名依次比较，数据页间组成双向链表

索引页里就是两条数据，分别指向两个数据页，索引存放的是每个数据页里最小的那个数据的值，大家看到，索引页里指向两个数据页的索引项里都是存放了那个数据页里最小的值！

索引页内部的数据页是组成单向链表有序的，如你有多个索引页，索引页之间也有序，组成双向链表。

假设搜索：1班+张小强+数学的成绩，你可能写

select * from student_score where class_name='1班' and student_name='张小强' and subject_name='数学'

涉及索引使用规则，where条件里的几个字段都是等值查询且where条件里的几个字段名称和顺序也跟你的联合索引一样！此时就是等值匹配规则，上面的SQL百分百可以用联合索引查询。

查询过程

首先到索引页找，索引页里有多个数据页的最小值记录，在索引页二分查找，先根据【班级名称】找6班对应数据页，定位到其所在数据页

在数据页内部本身也是单向链表，直接二分查找，先找6班，发现几条数据都是6班，此时就按张三姓名来二分查找，此时会发现多条数据都是张小强，接着就按科目名称数学二分查找。

定位到下图中的一条数据，6班的张三数学，其对应id=127：

然后就根据主键id=127到聚簇索引里按照一样的思路，从索引根节点开始二分查找迅速定位下个层级的页，再不停找，很快就可以找到id=127的那条数据，然后从里面提取所有字段，包括分数，就可以了。

总结

如上就是联合索引的查找过程以及全值匹配规则，假设你的SQL语句的where条件里用的几个字段的名称和顺序，都跟你的索引里的字段一样，同时你还是用等号在做等值匹配，那么直接就会按照上述过程来找。

联合索引就是依次按照各个字段来进行二分查找，先定位到第一个字段对应的值在哪个页里，然后如果第一个字段有多条数据值都一样，就根据第二个字段来找，以此类推，一定可以定位到某条或者某几条数据。

索引使用规则

有了联合索引后，SQL怎么写才能让他的查询使用索引？

等值匹配规则

where语句中的几个字段名称和联合索引的字段完全一样，而且都是基于等号的等值匹配，那百分百会用上我们的索引。即使你where语句里写的字段的顺序和联合索引里的字段顺序不一致，也没关系，mysql会自动优化为按联合索引的字段顺序去找。

最左侧列匹配

假设我们联合索引是KEY(class_name, student_name, subject_name)，那不一定必须要在where语句里根据三个字段来查，其实只要根据最左侧的部分字段来查，也可以。

比如你可以写

select * from student_score where class_name='' and student_name=''

但是假设你写一个

select * from student_score where subject_name=''

就不行了，因为联合索引的B+树里，必先按class_name查，再按student_name查，不能跳过前面两个字段，直接按最后一个subject_name查。

若如下SQL：

select * from student_score where class_name='' and subject_name=''

那么只有class_name的值可以在索引里搜索，剩下的subject_name是没法在索引里找的，道理同上。

所以在建立索引的过程中，你必须考虑好联合索引字段的顺序，以及你平时写SQL的时候要按哪几个字段来查。

最左前缀匹配原则

如果你要用like语法来查，比如

select * from student_score where class_name like '1%'

查找所有1打头的班级的分数，那么也是可以用到索引的。

因为你的联合索引的B+树里，都是按照class_name排序的，所以你要是给出class_name的确定的最左前缀就是1，然后后面的给一个模糊匹配符号，那也是可以基于索引来查找的，这是没问题的。

但是你如果写class_name like ‘%班’，在左侧用一个模糊匹配符，那他就没法用索引了，因为不知道你最左前缀是什么，怎么去索引里找啊？

范围查找规则

这个意思就是说，我们可以用select * from student_score where class_name>‘1 班’ and class_name<'5班’这样的语句来范围查找某几个班级的分数。

这个时候也是会用到索引的，因为我们的索引的最下层的数据页都是按顺序组成双向链表的，所以完全可以先找到’1 班’对应的数据页，再找到’5班’对应的数据页，两个数据页中间的那些数据页，就全都是在你范围内的数据了！

但 是 如 果 你 要 是 写 select * from student_score where class_name>‘1 班 ’ and class_name<‘5 班 ’ and student_name>’’，这里只有class_name是可以基于索引来找的，student_name的范围查询是没法用到索引的！

这也是一条规则，就是你的where语句里如果有范围查询，那只有对联合索引里最左侧的列进行范围查询才能用到索引！

等值匹配+范围匹配的规则

如果你要是用

select * from student_score where class_name='1班' and student_name>'' and subject_name<''

那么此时你首先可以用class_name在索引里精准定位到一波数据，接着这波数据里的student_name都是按照顺序排列的，所以student_name>’‘也会基于索引来查找，但是接下来的subject_name<’'是不能用索引的。

综上，一般写SQL都是：

• 用联合索引的最左侧的多个字段来进行等值匹配+范围搜索
• 或基于最左侧的部分字段来进行最左前缀模糊匹配
• 或基于最左侧字段来进行范围搜索

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