MySQL——索引详解

目录

一、为什么要有索引?

二、什么是索引？

三、索引的原理

四、MySQL的存储引擎

五、索引的数据结构

六、聚簇和非聚簇索引

七、索引的设计原则

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一般的应用系统，读写比例在10:1左右，而且插入操作和一般的更新操作很少出现性能问题，在生产环境中，我们遇到最多的，也是最容易出问题的，还是一些复杂的查询操作，因此对查询语句的优化显然是重中之重。说起加速查询，就不得不提到索引了。

索引在MySQL中也叫是一种“键”，是存储引擎用于快速找到记录的一种数据结构。索引对于良好的性能 非常关键，尤其是当表中的数据量越来越大时，索引对于性能的影响愈发重要。 索引优化应该是对查询性能优化最有效的手段了。索引能够轻易将查询性能提高好几个数量级。 索引相当于字典的音序表，如果要查某个字，如果不使用音序表，则需要从几百页中逐页去查。

索引的目的在于提高查询效率，与我们查阅图书所用的目录是一个道理：先定位到章，然后定位到该章下的一个小节，然后找到页数。相似的例子还有：查字典，查火车车次，飞机航班等

本质都是：通过不断地缩小想要获取数据的范围来筛选出最终想要的结果，同时把随机的事件变成顺序的事件，也就是说，有了这种索引机制，我们可以总是用同一种查找方式来锁定数据。

数据库也是一样，但显然要复杂的多，因为不仅面临着等值查询，还有范围查询(>、<、between、in)、模糊查询(like)、并集查询(or)等等。数据库应该选择怎么样的方式来应对所有的问题呢？我们回想字典的例子，能不能把数据分成段，然后分段查询呢？最简单的如果1000条数据，1到100分成第一段，101到200分成第二段，201到300分成第三段…这样查第250条数据，只要找第三段就可以了，一下子去除了90%的无效数据。但如果是1千万的记录呢，分成几段比较好？按照搜索树的模型，其平均复杂度是lgN，具有不错的查询性能。但这里我们忽略了一个关键的问题，复杂度模型是基于每次相同的操作成本来考虑的。而数据库实现比较复杂，一方面数据是保存在磁盘上的，另外一方面为了提高性能，每次又可以把部分数据读入内存来计算，因为我们知道访问磁盘的成本大概是访问内存的十万倍左右，所以简单的搜索树难以满足复杂的应用场景。

#查询索引show engines;

各存储引擎的特性如下表所示：

其中最常见的两种存储引擎是MyISAM和InnoDB

MySQL主要用到两种结构：B+ Tree索引和Hash索引：InnoDB存储引擎默认是B+Tree索引，Memory 存储引擎默认Hash索引。

MySQL中，只有Memory(Memory表只存在内存中，断电会消失，适用于临时表)存储引擎显示支持Hash索引，是Memory表的默认索引类型，Memory表也可以使用B+Tree索引。Hash索引把数据以hash形式组织起来，因此当查找某一条记录的时候，速度非常快。但是因为hash结构，每个键只对应一个值，而且是散列的方式分布。所以它并不支持范围查找和排序等功能。B+Tree是mysql使用最频繁的一个索引数据结构，是InnoDB和MyIsam存储引擎模式的索引类型。相对Hash索引，B+Tree在查找单条记录的速度比不上Hash索引，但是因为更适合排序等操作，所以它更受欢迎。毕竟不可能只对数据库进行单条记录的操作。

B+树是一个平衡的多叉树，从根节点到每个叶子节点的高度差值不超过1，而且同层级的二节点间有指针相关连接，在B+树上的常规检索，从根节点到叶子节点的搜索效率基本相当，不会出现大幅波动，而且基于索引的顺序扫描时，也可以利用双向指针快速左右移动，效率非常高。因此B+树索引被广泛应用于数据库、文件系统等场景。
哈希索引就是采用一定的哈希算法，把键值换算成新的哈希值，检索时不需要类似B+树那样从根节点到叶子节点逐级查找，只需一次哈希算法即可立刻定位到相应的位置，速度非常快。

两种索引的对比如下：

如果是等值查询，那么哈希索引明显有绝对优势，因为只需要经过一次算法即可找到相应的键值，前提是键值都是唯一的。如果键值不是唯一的，就需要先找到该键所在位置，然后再根据链表往后扫描，知道找到对应的数据。

如果是范围查询检索，这时候哈徐索引就毫无用武之地了，因为原先是有序的键值，经过哈希算法后，有可能变成不连续的了，就没办法再利用索引完成范围查询检索；哈希索引也没办法利用索引完成排序，以及like这样的部分模糊查询；哈希索引也不支持多列联合索引的最左匹配规则。

B+树索引的关键字检索效率比较平均，不像B树那样波动大，在有大量重复键值情况下，哈希索引的效率也是极低的，因此存在哈希碰撞问题。

对比小结：

• hash类型的索引：查询单条快，范围查询慢
• btree类型的索引：b+树，层数越多，数据量指数级增长（InnoDB默认支持）

mysql的索引类型跟存储引擎是相关的，InnoDB存储引擎数据文件跟索引文件全部放在ibd文件中，而MyIsam的数据文件放在myd文件中，索引放在myi文件中，其实区分聚簇索引和非聚簇索引非常简单，只要判断数据跟索引是否存储在一起就可以了。

InnoDB存储引擎在进行数据插入的时候，数据必须要跟索引放在一起，如果有主键就使用主键，没有主键就使用唯一键，没有唯一键就使用6字节的rowid，因此跟数据绑定在一起的就是聚簇索引，而为了避免数据冗余存储，其他的索引的叶子节点中存储的都是聚簇索引的key值，因此InnoDB中既有聚簇索引也有非聚簇索引，而MyIsam中只有非聚簇索引。

在进行索引设计的时候，应该保证索引字段占用的空间越小越好，这只是一个大的方向，还有一些细节点需要注意下：

1. 适合索引的列是出现在where字句中的列，或者连接子句中指定的列
2. 基数较小的表，索引效果差，没必要创建索引
3. 在选择索引列的时候，越短越好，可以指定某些列的一部分，没必要用全部字段的值
4. 不要给表中的每一个字段都创建索引，并不是索引越多越好
5. 定义有外键的数据列一定要创建索引
6. 更新频繁的字段不要有索引
7. 创建索引的列不要过多，可以创建组合索引，但是组合索引的列的个数不建议太多
8. 大文本、大对象不要创建索引

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