MySQL索引详解

Posted 2021-06-07 打瞌睡的布偶猫

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了MySQL索引详解相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

mysql索引

什么是索引？

官方定义

一种帮助MySQL提高查询效率的数据结构。

索引的优点

大大加快数据的查询速度

索引的缺点

创建索引是为产生索引文件的，占用磁盘空间。索引文件是一个二叉树类型的文件，可想而知我们的DML操作，对表记录的增、删、改操作同样也会对索引文件进行修改，所以性能会相应的有所下降。

索引的分类(INNODB)

主键索引

将表属性设定为主键后，数据库会自动为主键创建聚簇索引。

单值索引

一个索引只包含单个列，一个表中可以有多个单值索引，这种索引又称单列索引或者普通索引。

唯一索引

索引列的值必须唯一，但允许有空值null(和主键不同，主键不允许为空)，但只能有一个（因为唯一）。

复合索引

一个索引包含多个列。

ps：MySQL5.7之前，MyISAM引擎可以提供全文索引，即在定义索引的列上支持值得全文查找，允许在这些索引列中插入重复值和空值。全文索引可以在CHAR、VARCHAR、TEXT类型列上创建。全文索引只有MyISAM存储引擎支持。

索引的基本操作

创建一个用于测试索引的数据库test_index

主键索引——自动创建

-- 切换数据库
use test_index;
-- 创建表t_user
create table t_user(id varchar(20) primary key , name varchar(10));
-- 展示表索引
show index from t_user;

表索引展示

单值索引——手动创建

建表时创建

-- 创建表t_user时同时创建索引
create table t_user_common(id varchar(20) primary key, name varchar(10), key(name));

索引展示

建表后创建

create index name_index on t_user(name);

唯一索引——手动创建

建表时创建

-- 创建表t_user时使用unique创建唯一索引
create table t_user(id varchar(20) primary key , name varchar(10), unique(name));

建表后创建

create unique index name_index on t_user(name);

复合索引——手动创建

建表时创建

-- 创建表t_user时使用key()创建复合索引
create table t_user(id varchar(20) primary key , name varchar(10), age int(3), key(name, age));

建表后创建

create index name_age_index on t_user(name, age);

查询时原则上需要遵从最左匹配原则，才能利用复合索引，另外MySQL的引擎为了更好地利用复合索引，再查询过程中会动态调整查询字段的顺序以便利用索引。

name age √
age name √
age ×
name √

索引的底层原理

BTree

B树是一种多叉平衡查找树，其主要特点：

（1）B树的节点中存储着多个元素，每个内节点有多个分叉。

（2）节点中的元素包含键值和数据，节点中的键值从小到大排列。也就是说，在所有的节点都储存数据。

（3）父节点当中的元素不会出现在子节点中。

（4）所有的叶子结点都位于同一层，叶节点具有相同的深度，叶节点之间没有指针连接。

BTree

B+Tree

B+树是B树的升级版，它们最主要的区别在于非叶子节点是否存储数据的问题。

B+树在结构上和B树的区别在于：

只有叶子节点才会存储数据，非叶子节点只存储键值
叶子节点之间使用双向指针连接，最底层的叶子节点形成了一个双向有序链表。

B+Tree

INNODB中的B+Tree的特点:

（1）它是BTree 的变种，BTree能解决的问题，它都能解决。

（2）扫库、扫表能力更强(进行全表扫描时，只需要遍历叶子节点就可以了)

（3）B+Tree的磁盘读写能力相对于BTree来说更强(根节点和分支节点不保存数据区，所以一个节点可以保存更多的关键字，一次磁盘加载的关键字更多)

（4）排序能力更强(因为叶子节点上有下一个数据区的指针，数据形成了链表)

（5）效率更加稳定(B+Tree 永远是在叶子节点拿到数据，所以 IO 次数是稳定的)

建立索引过程

往数据表中插入数据时，数据库引擎会对插入的元素进行排序，以链表的形式把节点(索引，数据，指针)串起来。
分页处理，INNODB引擎默认分页大小为16KB，在最底层的页中存放所有的数据，在其他层则存放的是分页索引和链接指针。
索引有两种实现的数据结构，B树和B+树
- B+树的非叶节点只存储键值信息
- B+树所有叶子节点之间都有一个链接指针
- B+树把所有数据记录方法叶子节点中
数据库中，B+树的高度一般都在2~4层。由于MySQL的INNODB引擎在设计时是将B+树的根节点常驻内存的，因此在查找某一键值的行记录时，最多只需要1~3次磁盘IO。

聚簇索引和非聚簇索引

MySQL中最常见的两种存储引擎分别是MyISAM和INNODB，分别实现了非聚簇索引和聚簇索引。

在索引的分类中，我们可以按照索引的键是否为主键来分为“主键索引”和“辅助索引”，使用主键键值建立的索引称为“主键索引”，其它的称为“辅助索引”。因此主键索引只能有一个，辅助索引可以有很多个。

INNODB —— 聚簇索引

聚簇索引——索引和数据放在一起，找到了索引就找到了数据。

聚簇索引的使用过程

INNODB使用的是聚簇索引，将主键组织到一棵B+树中，而行数据就存储在叶子节点上，通过"where id = 14"这样的条件查找主键时，则按照B+树的检索算法即可找到对应的叶子节点，并获取其行数据。

特别地，若对其中的任意一列例如Name列进行条件搜索，则需要进行两个步骤：

第一步，在辅助索引B+树中检索Name，到达叶子节点后获取其主键
第二步，根据第一步获取到的主键在主索引B+树中再执行一次B+树检索操作，最终到达对应的叶子节点即可获取整行数据

innodb-index

聚簇索引默认为主键，特别地，若表中没有定义主键，则INNODB会选择一个唯一且非空的索引代替，若没有这样的索引，则会隐式地定义一个主键（类似oracle中的RowId）来作为聚簇索引。

聚簇索引的优势

由于行数据和叶子节点存储在一起，同一页中会有多条行数据，访问同一数据页不同行记录时，已经把页加载到了Buffer中，再次访问的时候，会在内存中完成访问，不必访问磁盘。这样主键和行数据是一起被载入内存的，找到叶子节点就可以立刻将行数据返回了，如果按照主键Id来组织数据，获得数据更快。
辅助索引使用主键作为"指针"而不是使用地址值作为指针，这样做的好处是，减少了当出现行移动或者数据页分裂时辅助索引的维护工作，使用主键值当作指针会让辅助索引占用更多的空间，换来的好处是InnoDB在移动行时无须更新辅助索引中的这个"指针"。也就是说行的位置（实现中通过16K的Page来定位）会随着数据库里数据的修改而发生变化（前面的B+树节点分裂以及Page的分裂），使用聚簇索引就可以保证不管这个主键B+树的节点如何变化，辅助索引树都不受影响。
聚簇索引适合用在排序的场合，非聚簇索引不适合
取出一定范围数据的时候，使用聚簇索引
二级索引需要两次索引查找，而不是一次才能取到数据，因为存储引擎第一次需要通过二级索引找到索引的叶子节点，从而找到数据的主键，然后在聚簇索引中用主键再次查找索引，再找到数据
可以把相关数据保存在一起。例如实现电子邮箱时，可以根据用户 ID 来聚集数据，这样只需要从磁盘读取少数的数据页就能获取某个用户的全部邮件。如果没有使用聚簇索引，则每封邮件都可能导致一次磁盘 I/O。