本文直切主題，針對InnoDB引擎描述索引及優(yōu)化策略。在開始之前，需要讀者了解：

二叉查找樹(包括2-3查找樹、紅黑樹等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))

MySQL的InnoDB引擎基礎(chǔ)知識

索引初探

要了解索引，當(dāng)然要了解其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。樹有很多應(yīng)用，流行的用法之一是包括UNIX和DOS在內(nèi)的許多常用操作系統(tǒng)中的目錄結(jié)構(gòu)，二叉查找樹又是Java中兩種集合類TreeSet和TreeMap實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。那么對于數(shù)據(jù)庫，I/O是其性能瓶頸所在，減少樹的深度是直接有效的，BTree和B+Tree應(yīng)運(yùn)而生。

BTree和B+Tree(Balance-Tree，多路搜索樹，非二叉)

BTree

BTree是一種查找樹，如同二叉查找樹，紅黑樹等，都是為提高查找效率而產(chǎn)生的，BTree也是如此，可以把它看做二叉查找樹的優(yōu)化升級。二叉查找樹的特點(diǎn)是每個非葉節(jié)點(diǎn)都最多只有兩個子節(jié)點(diǎn)，但是當(dāng)數(shù)據(jù)量非常大時，二叉查找樹的深度過深，搜索算法自根節(jié)點(diǎn)向下搜索時，需要訪問的節(jié)點(diǎn)也就變的相當(dāng)多。如果這些節(jié)點(diǎn)存儲在外存儲器(磁盤)中，每訪問一個節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于就是進(jìn)行了一次I/O操作，隨著樹高度的增加，頻繁的I/O操作一定會降低查詢的效率。BTree改二叉為多叉，每個節(jié)點(diǎn)存儲更多的指針信息，以此達(dá)到減少樹的深度、降低I/O操作數(shù)。

使用BTree結(jié)構(gòu)可以顯著減少定位記錄時所經(jīng)歷的中間過程，從而加快存取速度。

定義(對于一個m階BTree)

• 根節(jié)點(diǎn)至少有兩個子節(jié)點(diǎn)(除非根結(jié)點(diǎn)為葉節(jié)點(diǎn))
• 每個節(jié)點(diǎn)有m-1個關(guān)鍵字，并且以升序排列
• 位于 m-1和m 關(guān)鍵字的子節(jié)點(diǎn)的值位于 m-1和m 關(guān)鍵字對應(yīng)的值之間
• 其它節(jié)點(diǎn)至少有m/2個子節(jié)點(diǎn)

特性

• 關(guān)鍵字集合分布在整棵樹中；
• 任何一個關(guān)鍵字出現(xiàn)且只出現(xiàn)在一個節(jié)點(diǎn)中；
• 搜索有可能在非葉節(jié)點(diǎn)結(jié)束；
• 其搜索性能等價于在關(guān)鍵字全集內(nèi)做一次二分查找；
• 自動層次控制。

B+Tree

InnoDB 存儲引擎在絕大多數(shù)情況下使用B+Tree建立索引，B+Tree也是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中最為常用和有效的索引結(jié)構(gòu)，但是B+Tree索引并不能找到一個給定鍵對應(yīng)的具體值，它只能找到數(shù)據(jù)行對應(yīng)的頁，然后正如上一節(jié)所提到的，數(shù)據(jù)庫把整個頁讀入到內(nèi)存中，并在內(nèi)存中查找具體的數(shù)據(jù)行。

定義(其定義基本與 BTree同，除了：)

• 所有葉節(jié)點(diǎn)之間都有一個鏈指針；
• 所有關(guān)鍵字都在葉子結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)；
• 非葉子節(jié)點(diǎn)只存儲鍵值信息，數(shù)據(jù)記錄都存放在葉節(jié)點(diǎn)中。

特性

• 單節(jié)點(diǎn)可以存儲更多的元素，使得查詢磁盤IO次數(shù)更少，更加高效的單元素查找；
• 所有查詢都要查找到葉子節(jié)點(diǎn)，查詢性能穩(wěn)定；
• 葉子節(jié)點(diǎn)會包含所有的關(guān)鍵字，以及指向數(shù)據(jù)記錄的指針，并且葉子節(jié)點(diǎn)本身是根據(jù)關(guān)鍵字的大小從小到大順序鏈接，范圍查找性能更優(yōu)。

區(qū)別

B+Tree是BTree的一種變形樹，它與BTree的差異在于：

• B+Tree只有達(dá)到葉子結(jié)點(diǎn)才命中(BTree可以在非葉子結(jié)點(diǎn)命中)，其性能也等價于在關(guān)鍵字全集做一次二分查找；
• BTree樹每個葉子節(jié)點(diǎn)都有雙向指針；
• BTree分支節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)均保存記錄的關(guān)鍵碼和記錄的指針；B+Tree分支節(jié)點(diǎn)只保存記錄關(guān)鍵碼的復(fù)制，無記錄指針。所有記錄都集中在葉節(jié)點(diǎn)一層，并且葉節(jié)點(diǎn)可以構(gòu)成一維線性表，便于連續(xù)訪問和范圍查詢。

聚集索引和輔助索引

數(shù)據(jù)庫中的 B+Tree索引可以分為聚集索引(clustered index)和輔助索引(secondary index)，它們之間的最大區(qū)別就是，聚集索引中存放著一條行記錄的全部信息，而輔助索引中只包含索引列和一個用于查找對應(yīng)行記錄的“書簽”。即在數(shù)據(jù)庫的聚集索引中，葉子節(jié)點(diǎn)直接包含衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在輔助索引(NonClustered Index)中，葉節(jié)點(diǎn)帶有指向衛(wèi)星數(shù)據(jù)的指針。

聚集索引

InnoDB使用了聚集索引存儲數(shù)據(jù)。

與非聚集索引的區(qū)別則是，聚集索引既存儲了索引，也存儲了行值。當(dāng)一個表有一個聚集索引，它的數(shù)據(jù)是存儲在索引的葉子頁(leaf pages)上的。因此可以說InnoDB是基于索引的表。

當(dāng)我們使用聚集索引對表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索時，可以直接獲得聚集索引所對應(yīng)的整條行記錄數(shù)據(jù)所在的頁，不需要進(jìn)行第二次操作。

索引的建立規(guī)則

• 如果一個主鍵被定義了，那么這個主鍵就是作為聚集索引
• 如果沒有主鍵被定義，那么該表的第一個唯一非空索引被作為聚集索引
• 如果沒有主鍵也沒有合適的唯一索引，那么InnoDB內(nèi)部會生成一個隱藏的主鍵作為聚集索引，這個隱藏的主鍵是一個6個字節(jié)的列，改列的值會隨著數(shù)據(jù)的插入自增

輔助索引

輔助索引，也叫做非聚集索引，葉節(jié)點(diǎn)不包含行的全部數(shù)據(jù)。除了包含關(guān)鍵字外，還包含了一個標(biāo)記，這個標(biāo)記用來告訴InnoDB引擎從哪里可以找到與索引相對應(yīng)的行數(shù)據(jù)。由于InnoDB引擎是索引組織表，因此，這個標(biāo)記就是相應(yīng)的行數(shù)據(jù)的聚集索引關(guān)鍵字。

輔助索引的存在并不影響數(shù)據(jù)在聚集索引中的組織，因此一個表可以有多個輔助索引。

使用輔助索引查找一條表記錄的過程：通過輔助索引查找到對應(yīng)的關(guān)鍵字，最后在聚集索引中使用關(guān)鍵字獲取對應(yīng)的行記錄，這也是通常情況下行記錄的查找方式。

使用建議

聚集索引的優(yōu)先選擇列

含有大量非重復(fù)值的列

使用 between，>或

需要經(jīng)常排序的列，列順序和最常用的排序一致

返回大量結(jié)果集的查詢

經(jīng)常被 join 的列

不建議的聚集索引列

修改頻繁的列

低選擇性的列，如性別

新增內(nèi)容太過離散隨機(jī)的列

規(guī)范與建議

命名規(guī)則：表名_字段名

需要加索引的字段，要在where條件中

如果where條件中是OR關(guān)系，加索引不起作用

能用小類型別用大類型字段

索引 key_len 長度過大，也會影響 SQL 性能。所以盡量不默認(rèn) null，會占用字節(jié)、索引長度。

常用的字段放在前面；選擇性高的字段放在前面

對較長的字符數(shù)據(jù)類型的字段建索引，優(yōu)先考慮前綴索引，如 index(url(64))

只創(chuàng)建需要的索引，避免冗余索引，如：index(a,b)，index(a)

使用聯(lián)合索引，以避免回表，達(dá)到覆蓋索引

聯(lián)合索引遵循最左原則

索引不可濫用，索引會占用存儲空間并且增加數(shù)據(jù)更新操作的復(fù)雜度，降低CUD(create/update/delate)效率

回表

先了解一個概念，MySQL對 WHERE 中條件的處理，根據(jù)索引使用情況分成三種：index key, index filter, table filter

1. index key

用于確定SQL查詢在索引中的連續(xù)范圍(起始范圍+結(jié)束范圍)的查詢條件，被稱之為Index Key。由于一個范圍，至少包含一個起始與一個終止，因此Index Key也被拆分為Index First Key和Index Last Key，分別用于定位索引查找的起始，以及索引查詢的終止條件。

2. index filter

在使用 index key 確定了起始范圍和介紹范圍之后，在此范圍之內(nèi)，還有一些記錄不符合 WHERE 條件，如果這些條件可以使用索引進(jìn)行過濾，那么就是 index filter。

3. table filter

WHERE 中的條件不能使用索引進(jìn)行處理的，只能訪問table，進(jìn)行條件過濾了。

從普通索引查出主鍵索引，然后查詢出數(shù)據(jù)的過程叫做回表?；乇硪淮尉蜁?zhí)行一次查詢，所以避免回表是減少數(shù)據(jù)庫壓力、提高效率的有效手段。在InnoDB中，使用聯(lián)合索引配合主鍵索引可以直接返回結(jié)果而不需要回表查詢。

聯(lián)合索引(復(fù)合索引)與前綴索引(最左原則)

Mysql從左到右的使用索引中的字段，一個查詢可以只使用索引中的一部份，但只能是最左側(cè)部分。例如索引是(a,b,c)，可以支持 a | a,b | a,b,c 3種組合進(jìn)行查找，但不支持 b,c 進(jìn)行查找。這是最左原則的第一層意思：聯(lián)合索引的多個字段中，只有當(dāng)查詢條件為聯(lián)合索引的第一個字段時，索引才會有效。

條件 WHERE a LIKE 'perfix%'; 索引也會有效。這是最左原則的第二層意思：根據(jù)字段值最左若干個字符進(jìn)行的模糊查詢，索引有效。

覆蓋索引

覆蓋索引是對聯(lián)合索引的合理利用。

比如 SELECT a, b FROM table WHERE a = 'wangnima'; ，如果我們已經(jīng)創(chuàng)建了(a)或(a,b)的聯(lián)合索引，那么這條語句會直接從索引返回而不會發(fā)生回表。即創(chuàng)建索引的字段覆蓋了查詢字段。

如果執(zhí)行 SELECT c FROM table WHERE a = 'wangnima'; ，就會發(fā)生回表，因為我們的輔助索引樹中，沒有字段 c 的數(shù)據(jù)，需要拿到主鍵索引的關(guān)鍵字，去主鍵索引中回表查詢。

但是需要注意的是，索引雖好不可濫用。

索引下推(Index Condition Pushdown (ICP))

結(jié)合在 回表 概念中引出的三種索引使用情況(index key, index filter, table filter)，ICP 技術(shù)，就是 index filter 技術(shù)。MySQL的架構(gòu)分為服務(wù)器層和引擎層。

官方解釋(https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/index-condition-pushdown-optimization.html)

索引條件下推(ICP)是對MySQL使用索引從表中檢索行的情況的優(yōu)化。如果沒有ICP，存儲引擎將遍歷索引以定位基表中的行，并將它們返回到MySQL服務(wù)器，該服務(wù)器將計算基表行的where條件。在啟用ICP的情況下，如果部分where條件可以通過只使用索引中的列來計算，MySQL服務(wù)器會把where條件的這部分 推入 存儲引擎。然后，存儲引擎通過使用索引條目來評估所推送的索引條件，并且只有在滿足該條件時才從表中讀取行。ICP可以減少存儲引擎必須訪問基本表的次數(shù)和MySQL服務(wù)器必須訪問存儲引擎的次數(shù)。

根據(jù)官方的指導(dǎo)，我們來做個驗證：

EXPLAIN SELECT * FROM people WHERE zipcode='95054' AND lastname LIKE '%lao%' AND address LIKE '%Main Street%';

官方解釋：

EXPLAIN使用“索引條件下推”時，輸出顯示 Using index condition在 Extra列中。

假設(shè)一個表包含有關(guān)人員及其地址的信息，并且該表的索引定義為 INDEX (zipcode, lastname, firstname)。如果我們知道一個人的zipcode價值但不確定姓氏，我們可以這樣搜索：

SELECT * FROM people WHERE zipcode='95054' AND lastname LIKE '%etrunia%' AND address LIKE '%Main Street%';

MySQL可以使用索引來掃描人 zipcode='95054'。第二部分(lastname LIKE '%etrunia%')不能用于限制必須掃描的行數(shù)，因此如果沒有Index Condition Pushdown，此查詢必須為所有擁有的人檢索完整的表行 zipcode='95054'。

使用索引條件下推，MySQL lastname LIKE '%etrunia%'在讀取整個表行之前檢查該 部分。這樣可以避免讀取與索引元組相對應(yīng)的完整行，這些行匹配 zipcode條件而不是 lastname條件。

默認(rèn)情況下啟用索引條件下推?？梢詏ptimizer_switch通過設(shè)置index_condition_pushdown標(biāo)志來控制 系統(tǒng)變量 ：

SET optimizer_switch = 'index_condition_pushdown=off'; SET optimizer_switch = 'index_condition_pushdown=on';

實(shí)踐

*注意語句中的“[ ··· ]”中括號指代變量，書寫時記得去掉

普通索引

這是最基本的索引，它沒有任何限制。它有以下幾種創(chuàng)建方式：

1. 創(chuàng)建索引

CREATE INDEX indexName ON mytable(username(length));

如果不是字符類型的字段，如int，則不要指定length；如果是CHAR，VARCHAR類型，length可以不指定，也可以小于字段實(shí)際長度；如果是BLOB和TEXT類型，必須指定 length。

2. 修改表結(jié)構(gòu)(添加索引)

ALTER table tableName ADD INDEX indexName(columnName)

3. 創(chuàng)建表的時候直接指定

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, INDEX [indexName] (username(length)) );

唯一索引

它與前面的普通索引類似，不同的就是：索引列的值必須唯一，但允許有空值。如果是組合索引，則列值的組合必須唯一。它有以下幾種創(chuàng)建方式：

1. 創(chuàng)建索引

CREATE UNIQUE INDEX indexName ON mytable(username(length))

2. 修改表結(jié)構(gòu)

ALTER table mytable ADD UNIQUE [indexName] (username(length))

3. 創(chuàng)建表的時候直接指定

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, UNIQUE [indexName] (username(length)) );

刪除索引的語法

DROP INDEX [indexName] ON mytable;

總結(jié)

合理利用索引對于提升數(shù)據(jù)庫的性能、減輕數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)擔(dān)是最直接有效的手段。

其實(shí)，索引的本質(zhì)就是通過縮小范圍、把隨機(jī)事件變成順序事件來篩選出最終結(jié)果，同時可以總是用同一種查找方式來定位數(shù)據(jù)，這樣就可以兼顧高效率和穩(wěn)定性。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的mysql 隐藏中间四位_MySQL知识体系——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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