索引查找算法BTREE

BTREE查找算法演變B-TREE ：普通 BTREE，平衡多路查找樹(B-Tree)B+TREE ：葉子節(jié)點(diǎn)雙向指針B++TREE(B*TREE)：枝節(jié)點(diǎn)的雙向指針

普通B-TREE

增強(qiáng)版B+TREE(B*TREE)

總結(jié)：從上圖看出，在B+Tree上有兩個(gè)頭指針，一個(gè)指向根節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)指向關(guān)鍵字最小的葉子節(jié)點(diǎn)，而且所有葉子節(jié)點(diǎn)(即數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn))之間是一種鏈?zhǔn)江h(huán)結(jié)構(gòu)。B+Tree是在B-Tree基礎(chǔ)上的一種優(yōu)化，使其更適合實(shí)現(xiàn)外存儲索引結(jié)構(gòu)，InnoDB存儲引擎就是用B+Tree實(shí)現(xiàn)其索引結(jié)構(gòu)。從上圖中的B-Tree結(jié)構(gòu)圖中可以看到每個(gè)節(jié)點(diǎn)中不僅包含數(shù)據(jù)的key值，還有data值。而每一個(gè)頁的存儲空間是有限的，如果data數(shù)據(jù)較大時(shí)將會導(dǎo)致每個(gè)節(jié)點(diǎn)(即一個(gè)頁)能存儲的key的數(shù)量很小，當(dāng)存儲的數(shù)據(jù)量很大時(shí)同樣會導(dǎo)致B-Tree的深度較大，增大查詢時(shí)的磁盤I/O次數(shù)，進(jìn)而影響查詢效率。在B+Tree中，所有數(shù)據(jù)記錄節(jié)點(diǎn)都是按照鍵值大小順序存放在同一層的葉子節(jié)點(diǎn)上，而非葉子節(jié)點(diǎn)上只存儲key值信息，這樣可以大大加大每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲的key值數(shù)量，降低B+Tree的高度。而BTree，這個(gè)是以B+Tree為基礎(chǔ)，在非葉子結(jié)點(diǎn)(枝節(jié)點(diǎn))上增加了鏈表指針，BTree的空間利用率更高。

MySQL中如何使用BTREE

1 聚簇索引

聚簇索引也叫集群索引，聚集索引。它不是一種單獨(dú)的索引類型，而是一種數(shù)據(jù)存儲方式。Innodb的聚簇索引實(shí)際上在同一個(gè)結(jié)構(gòu)中保存了B*Tree索引和數(shù)據(jù)行。當(dāng)表有聚簇索引時(shí)，數(shù)據(jù)行實(shí)際上存儲在索引的葉子節(jié)點(diǎn)中。聚簇的意思是表示數(shù)據(jù)行和相鄰的鍵值緊湊地存儲在一起。一個(gè)表只能有一個(gè)聚簇索引。也就是按照每張表的主鍵構(gòu)成一棵B+樹，葉子節(jié)點(diǎn)中存放整張表的行記錄數(shù)據(jù)，也將聚集索引的葉子節(jié)點(diǎn)成為數(shù)據(jù)頁，每個(gè)數(shù)據(jù)頁之間通過一個(gè)雙向鏈表來進(jìn)行鏈接。數(shù)據(jù)頁存放的是每行的所有記錄，非數(shù)據(jù)頁存放的是鍵值和指向數(shù)據(jù)頁的偏移量。它可以在葉子節(jié)點(diǎn)直接找到數(shù)據(jù)，且對于主鍵的排序查找和范圍查找速度非常快，因?yàn)榫奂饕沁壿嬌线B續(xù)的。比如查詢后10條數(shù)據(jù)，由于B+樹索引是雙向鏈表，可以很快找到隨后一個(gè)數(shù)據(jù)頁，然后取出最后的10條數(shù)據(jù)。

①前提條件

1.如果表中設(shè)置了主鍵(例如ID列)，自動(dòng)根據(jù)ID列生成索引樹。2.如果沒有設(shè)置主鍵，自動(dòng)選擇第一個(gè)唯一鍵的列作為聚簇索引3.如果沒有唯一鍵，自動(dòng)生成隱藏的聚簇索引。4.在建表時(shí)，推薦創(chuàng)建主鍵為數(shù)字自增列。

②功能

1.錄入數(shù)據(jù)時(shí)，按照聚簇索引組織存儲數(shù)據(jù)，在磁盤上有序存儲數(shù)據(jù)行。2.加速查詢(基于ID作為條件的判斷查詢)。

③聚簇索引的B*Tree構(gòu)建過程

a. 葉子節(jié)點(diǎn)：存儲數(shù)據(jù)行時(shí)就是有序的，直接將數(shù)據(jù)行的page作為葉子節(jié)點(diǎn)(相鄰的葉子結(jié)點(diǎn)，有雙向指針)b. 枝節(jié)點(diǎn) ：提取葉子節(jié)點(diǎn)ID的范圍+指針，構(gòu)建枝節(jié)點(diǎn)(相鄰枝節(jié)點(diǎn)，有雙向指針)c. 根節(jié)點(diǎn) ：提取枝節(jié)點(diǎn)的ID的范圍+指針，構(gòu)建根節(jié)點(diǎn)

2 輔助索引

輔助索引需要人為創(chuàng)建輔助索引，將經(jīng)常作為查詢條件的列創(chuàng)建輔助索引，起到加速查詢的效果。也稱非聚集索引，按照每張表創(chuàng)建的索引列創(chuàng)建一棵B+樹，葉子節(jié)點(diǎn)并不包含行記錄的全部數(shù)據(jù)。葉子節(jié)點(diǎn)包含鍵值 和 書簽，書簽用來告訴InnoDB存儲引擎在哪可以找到與索引對應(yīng)的行數(shù)據(jù)，每張表可以有多個(gè)輔助索引。如果某個(gè)查詢是通過輔助索引查找數(shù)據(jù)的，則查找過程為：先遍歷輔助索引并找到葉節(jié)點(diǎn)找到指針獲取主鍵索引的主鍵，然后通過主鍵索引找到對應(yīng)的頁從而找到一個(gè)完整的行記錄。注：沒執(zhí)行一次查詢就是一次IO，比如 輔助索引樹高度為3，聚集索引樹高度為2，則通過輔助索引查詢數(shù)據(jù)時(shí)就要進(jìn)行3+2次邏輯IO最終得到一個(gè)數(shù)據(jù)頁。

輔助索引的B*Tree 構(gòu)建過程

a. 葉子節(jié)點(diǎn)：提取主鍵(ID)+輔助索引列，按照輔助索引列進(jìn)行從小到大排序后，生成葉子節(jié)點(diǎn)。(多個(gè)輔助索引列，以最左邊的列為標(biāo)準(zhǔn)。相鄰的葉子結(jié)點(diǎn)，有雙向指針。)b. 枝節(jié)點(diǎn) ：提取葉子節(jié)點(diǎn)輔助索引列的范圍+指針，構(gòu)建枝節(jié)點(diǎn)(相鄰枝節(jié)點(diǎn)，有雙向指針)c. 根節(jié)點(diǎn) ：提取枝節(jié)點(diǎn)的輔助索引列的范圍+指針，構(gòu)建根節(jié)點(diǎn)

輔助索引查詢過程：

# 按照輔助索引列，作為查詢條件時(shí)。1. 查找輔助索引樹，得到ID值2. 拿著ID值回表(聚簇索引)查詢

①單列索引

只拿一個(gè)非主鍵列來創(chuàng)建索引，如下：

# 單列輔助索引 select * from test.t100w where k2='780P' # 優(yōu)化方式： alter table 表名 add index 索引名(列名); mysql> alter table t100w add index idx_k2(k2);

②聯(lián)合索引

# 使用多個(gè)非主鍵列創(chuàng)建輔助索引mysql> alter table t100w add index idx_k1_num(k1,num);

③前綴索引

列值長度越長，數(shù)據(jù)量大的話，會影響到索引高度，需要使用前綴索引，也就是截取列值的前綴生成新的索引以提高效率。

# 判斷前綴長度多少合適：截取字符串之后得到的總記錄數(shù)越接近截取之前的越好，說明前綴的唯一性高！select count(distinct(left(name,5))) from city ;select count(distinct name) from city ;# 創(chuàng)建前綴索引mysql> alter table city add index idx_n(name(5)); # 刪除索引mysql> alter table city drop index idx_n;

關(guān)于索引的相關(guān)問題

1 回表問題

# 關(guān)于輔助索引回表是什么？回表會帶來什么問題？怎么減少回表？a. 回表：按照輔助索引列作為查詢條件時(shí)，先查找輔助索引樹，再到聚簇索引樹查找數(shù)據(jù)行的過程。b. 影響：IO量多、IO次數(shù)多、隨機(jī)IO會增多c. 減少回表： 1. 輔助索引能夠完全覆蓋查詢結(jié)果，可以使用聯(lián)合索引。 2. 盡量讓查詢條件精細(xì)化，盡量使用唯一值多的列作為查詢條件 3. 優(yōu)化器：MRR(Multi-Range-Read)， 錦上添花的功能。 mysql> select @@optimizer_switch; mysql> set global optimizer_switch='mrr=on';功能：(1)輔助索引查找后得到ID值，進(jìn)行自動(dòng)排序(2)一次性回表，很有可能受到B+TREE中的雙向指針的優(yōu)化查找。

2 索引樹高度的影響因素

a. 高度越低越好b. 數(shù)據(jù)行越多，高度越高。 1. 分區(qū)表。一個(gè)實(shí)例里管理。基本不再使用了！ 2. 按照數(shù)據(jù)特點(diǎn)，進(jìn)行歸檔表。 3. 分布式架構(gòu)。針對海量數(shù)據(jù)、高并發(fā)業(yè)務(wù)主流方案。 4. 在設(shè)計(jì)方面，滿足三大范式。c. 主鍵規(guī)劃：長度過長。 1. 主鍵，盡量使用自增數(shù)字列。 d. 列值長度越長，數(shù)據(jù)量大的話，會影響到高度。 1. 使用前綴索引 比如列值長100字符，那么只取前10個(gè)字符，構(gòu)建索引樹。 e. 數(shù)據(jù)類型的選擇。 選擇合適的、簡短的數(shù)據(jù)類性。 例如： 1. 存儲人的年齡 ，使用 tinyint 和 char(3)哪個(gè)好一些 2. 存儲人名，char(20)和varchar(20)的選擇哪一個(gè)好。 a. 站在數(shù)據(jù)插入性能角度思考，應(yīng)該選：char b. 從節(jié)省空間角度思考,應(yīng)該選：varchar c. 從索引樹高度的角度思考，應(yīng)該選：varchar結(jié)論：建議使用varchar類型存儲變長列值

創(chuàng)建索引

查詢表索引

mysql> desc city;+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+| ID | int(11) | NO | PRI | NULL | auto_increment || Name | char(35) | NO | MUL | | || CountryCode | char(3) | NO | UK | | || District | char(20) | NO | | | || Population | int(11) | NO | | 0 | |+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+5 rows in set (0.00 sec) PK --> 主鍵(聚簇索引) MUL --> 輔助索引 UK --> 唯一索引 mysql> show index from city;+-------+------------+-------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+| Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Sub_part | Packed | Null | Index_type | Comment | Index_comment |+-------+------------+-------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+| city | 0 | PRIMARY | 1 | ID | A | 4188 | NULL | NULL | | BTREE | | || city | 1 | CountryCode | 1 | CountryCode | A | 232 | NULL | NULL | | BTREE | | || city | 1 | idx_name | 1 | Name | A | 3554 | 5 | NULL | | BTREE | | |+-------+------------+-------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ # Cardinality值越大，索引優(yōu)先級越高。

創(chuàng)建索引

# 單列輔助索引 select * from test.t100w where k2='780P'; # 該表沒有索引，大量數(shù)據(jù)查詢耗時(shí)極大，需要優(yōu)化！ 優(yōu)化方式：語法：alter table 表名 add index 索引名(列名); alter table t100w add index idx_k2(k2); # 聯(lián)合索引創(chuàng)建 mysql> alter table t100w add index idx_k1_num(k1,num); # 前綴索引創(chuàng)建# 判斷前綴長度多少合適：select count(distinct(left(name,5))) from city ;select count(distinct name) from city ;# 創(chuàng)建前綴索引mysql> alter table city add index idx_n(name(5)); # 刪除索引alter table city drop index idx_n;

執(zhí)行計(jì)劃獲取和分析

1 執(zhí)行計(jì)劃工具

# 獲取語句的執(zhí)行計(jì)劃工具 explain des# 使用方法 ：mysql> desc select * from city where countrycode='CHN';mysql> explain select * from city where countrycode='CHN';+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | ref | CountryCode | CountryCode | 3 | const | 363 | 100.00 | NULL |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+

2 執(zhí)行計(jì)劃信息

table ：此次查詢訪問的表type ：索引查詢的類型(ALL、index、range、ref、eq_ref、const(system)、NULL)possible_keys ：可能會應(yīng)用的索引key : 最終選擇的索引key_len ：索引覆蓋長度，主要是用來判斷聯(lián)合索引應(yīng)用長度。rows ：需要掃描的行數(shù)Extra ：額外信息

3 Type信息詳解

代價(jià)從高到低！

• ALL

# 沒有使用到索引a. 查詢條件沒建立索引# district并沒有被創(chuàng)建成輔助索引mysql> desc select * from city where district='shandong';+----+-------------+-------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | ALL | NULL | NULL | NULL | NULL | 4188 | 10.00 | Using where |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+1 row in set, 1 warning (0.00 sec) b. 有索引不走# 這三種查詢不走索引mysql> desc select * from city where countrycode!='CHN';mysql> desc select * from city where countrycode not in ('CHN','USA');mysql> desc select * from city where countrycode like '%CH%';

• index

# 全索引掃描 mysql> desc city;+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+| ID | int(11) | NO | PRI | NULL | auto_increment || Name | char(35) | NO | MUL | | || CountryCode | char(3) | NO | MUL | | || District | char(20) | NO | | | || Population | int(11) | NO | | 0 | |+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+5 rows in set (0.00 sec) mysql> desc select countrycode from city;+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+-------------+---------+------+------+----------+-------------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+-------------+---------+------+------+----------+-------------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | index | NULL | CountryCode | 3 | NULL | 4188 | 100.00 | Using index |+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+-------------+---------+------+------+----------+-------------+1 row in set, 1 warning (0.00 sec) # 由于country是輔助索引，這里查詢會遍歷掃描索引，效率也是一種問題。

• range

從這里開始，我們可以接受這些類型的索引查詢，但是無法容忍上述兩種!

# 索引范圍掃描# 會受到：B+TREE額外優(yōu)化，葉子節(jié)點(diǎn)雙向指針# >、=、<=、in、or、between and、likemysql> desc select * from city where id<10;mysql> desc select * from city where countrycode like 'CH%';+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+-------------+---------+------+------+----------+-----------------------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+-------------+---------+------+------+----------+-----------------------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | range | CountryCode | CountryCode | 3 | NULL | 397 | 100.00 | Using index condition |+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+-------------+---------+------+------+----------+-----------------------+1 row in set, 1 warning (0.00 sec) # 這種情況下，主鍵索引性能還可以，如果查詢條件是輔助索引，就會牽扯到回表次數(shù)問題而導(dǎo)致性能較低。 # 以下兩種查詢，大幾率受不到葉子節(jié)點(diǎn)雙向指針優(yōu)化。# 他會遍歷兩個(gè)值之間的數(shù)據(jù)，而這種遍歷是沒有必要的！mysql> desc select * from city where countrycode in ('CHN','USA');mysql> desc select * from city where countrycode='CHN' or countrycode='USA'; # 建議：如果查詢列重復(fù)值少的話，我們建議改寫為 union all (2-3個(gè)，如果超過50%，那就沒什么卵用了！)desc select * from city where countrycode='CHN'union allselect * from city where countrycode='USA';+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+| 1 | PRIMARY | city | NULL | ref | CountryCode | CountryCode | 3 | const | 363 | 100.00 | NULL || 2 | UNION | city | NULL | ref | CountryCode | CountryCode | 3 | const | 274 | 100.00 | NULL |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

• ref

# 輔助索引等值查詢desc select * from city where countrycode='CHN';+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | ref | CountryCode | CountryCode | 3 | const | 363 | 100.00 | NULL |+----+-------------+-------+------------+------+---------------+-------------+---------+-------+------+----------+-------+1 row in set, 1 warning (0.00 sec) #?等值查詢的代價(jià)比range就要低很多了。

?

• eq_ref

# 多表連接查詢中，非驅(qū)動(dòng)表的連接條件是主鍵或唯一鍵時(shí)。mysql> desc select city.name,country.name from city left join country on city.countrycode=country.code where city.population<100;# 在非驅(qū)動(dòng)表country中code是主鍵，在多表連接中如果顯示未eq_ref，那就是最佳的優(yōu)化實(shí)踐，也是性能最好的一種場景。這也是多表連接中非驅(qū)動(dòng)表的優(yōu)化方向。驅(qū)動(dòng)表后續(xù)會介紹。+----+-------------+---------+------------+--------+---------------+---------+---------+------------------------+------+----------+-------------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+---------+------------+--------+---------------+---------+---------+------------------------+------+----------+-------------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | ALL | NULL | NULL | NULL | NULL | 4188 | 33.33 | Using where || 1 | SIMPLE | country | NULL | eq_ref | PRIMARY | PRIMARY | 3 | world.city.CountryCode | 1 | 100.00 | NULL |+----+-------------+---------+------------+--------+---------------+---------+---------+------------------------+------+----------+-------------+2 rows in set, 1 warning (0.00 sec) # 這個(gè)時(shí)候我們把population條件創(chuàng)建為一個(gè)輔助索引，驅(qū)動(dòng)表走的索引就是range。這也是最好的一種優(yōu)化了，沒有別的方式比這個(gè)性能更好了，知足吧！mysql> alter table city add index idx_p(population);mysql> desc select city.name,country.name from city left join country on city.countrycode=country.code where city.population<100;+----+-------------+---------+------------+--------+---------------+---------+---------+------------------------+------+----------+-----------------------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+---------+------------+--------+---------------+---------+---------+------------------------+------+----------+-----------------------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | range | idx_p | idx_p | 4 | NULL | 1 | 100.00 | Using index condition || 1 | SIMPLE | country | NULL | eq_ref | PRIMARY | PRIMARY | 3 | world.city.CountryCode | 1 | 100.00 | NULL |+----+-------------+---------+------------+--------+---------------+---------+---------+------------------------+------+----------+-----------------------+2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

• const(system)

# 主鍵或唯一鍵等值查詢# 性能最好，只需回表一次，這是一種奢望！mysql> desc select * from city where id=1;+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+| 1 | SIMPLE | city | NULL | const | PRIMARY | PRIMARY | 4 | const | 1 | 100.00 | NULL |+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+----------+-------+1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

• NULL

# 查不到數(shù)據(jù)的時(shí)候性能最好！那我要你有何用！！！不用管了！！！mysql> desc select * from city where id=1000000000000000;

總結(jié)

通常最常見的執(zhí)行計(jì)劃類型是：range、ref、eq_ref。如果出現(xiàn)index或者all的情況，那就可能涉及到改寫sql查詢語句，或者得找業(yè)務(wù)溝通查詢條件了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的mysql 索引_MySQL之索引的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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