MySQL高级 第5章索引优化分析

发布时间:2019年03月15日作者:yafei浏览次数:1,056

1. 索引的概念

1.1 是什么

MySQL官方对索引的定义为:索引(Index)是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。可以得到索引的本质:索引是数据结构。可以简单理解为排好序的快速查找数据结构。

在数据之外,数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构,这些数据结构以某种方式引用(指向)数据,这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法。这种数据结构,就是索引。下图就是一种可能的索引方式示例:

左边是数据表,一共有两列七条记录,最左边的是数据记录的物理地址。为了加快Col2的查找,可以维护一个右边所示的二叉查找树,每个节点分别包含索引键值和一个指向对应数据记录物理地址的指 针,这样就可以运用二叉查找在一定的复杂度内获取到相应数据,从而快速的检索出符合条件的记录。

一般来说索引本身也很大,不可能全部存储在内存中,因此索引往往以索引文件的形式存储的磁盘上。

1.2 优缺点

优势

  • 提高数据检索的效率,降低数据库的IO成本。
  • 通过索引列对数据进行排序,降低数据排序的成本,降低了CPU的消耗。

 

劣势

  • 虽然索引大大提高了查询速度,同时却会降低更新表的速度,如对表进行INSERT、UPDATE和DELETE。因为更新表时,MySQL不仅要保存数据,还要保存一下索引文件每次更新添加了索引列的字段,都会调整因为更新所带来的键值变化后的索引信息。
  • 实际上索引也是一张表,该表保存了主键与索引字段,并指向实体表的记录,所以索引列也是要占用空间的。

2. Mysql的索引

2.1 Btree索引

MySQL使用的是Btree索引。

【初始化介绍】

一颗b树,浅蓝色的块我们称之为一个磁盘块,可以看到每个磁盘块包含几个数据项(深蓝色所示)和指针(黄色所示),

如磁盘块1包含数据项17和35,包含指针P1、P2、P3,

P1表示小于17的磁盘块,P2表示在17和35之间的磁盘块,P3表示大于35的磁盘块。

真实的数据存在于叶子节点即3、5、9、10、13、15、28、29、36、60、75、79、90、99。

非叶子节点只不存储真实的数据,只存储指引搜索方向的数据项,如17、35并不真实存在于数据表中。

【查找过程】

如果要查找数据项29,那么首先会把磁盘块1由磁盘加载到内存,此时发生一次IO,在内存中用二分查找确定29在17和35之间,锁定磁盘块1的P2指针,内存时间因为非常短(相比磁盘的IO)可以忽略不计,通过磁盘块1的P2指针的磁盘地址把磁盘块3由磁盘加载到内存,发生第二次IO,29在26和30之间,锁定磁盘块3的P2指针,通过指针加载磁盘块8到内存,发生第三次IO,同时内存中做二分查找找到29,结束查询,总计三次IO。

 

真实的情况是,3层的b+树可以表示上百万的数据,如果上百万的数据查找只需要三次IO,性能提高将是巨大的,如果没有索引,每个数据项都要发生一次IO,那么总共需要百万次的IO,显然成本非常非常高。

2.2 B+tree索引

B+Tree与B-Tree 的区别

 1)B-树的关键字和记录是放在一起的,叶子节点可以看作外部节点,不包含任何信息;B+树的非叶子节点中只有关键字和指向下一个节点的索引,记录只放在叶子节点中。

  2)在B-树中,越靠近根节点的记录查找时间越快,只要找到关键字即可确定记录的存在;而B+树中每个记录的查找时间基本是一样的,都需要从根节点走到叶子节点,而且在叶子节点中还要再比较关键字。从这个角度看B-树的性能好像要比B+树好,而在实际应用中却是B+树的性能要好些。因为B+树的非叶子节点不存放实际的数据,这样每个节点可容纳的元素个数比B-树多,树高比B-树小,这样带来的好处是减少磁盘访问次数。尽管B+树找到一个记录所需的比较次数要比B-树多,但是一次磁盘访问的时间相当于成百上千次内存比较的时间,因此实际中B+树的性能可能还会好些,而且B+树的叶子节点使用指针连接在一起,方便顺序遍历(例如查看一个目录下的所有文件,一个表中的所有记录等),这也是很多数据库和文件系统使用B+树的缘故。 

 

思考:为什么说B+树比B-树更适合实际应用中操作系统的文件索引和数据库索引? 

1) B+树的磁盘读写代价更低 

  B+树的内部结点并没有指向关键字具体信息的指针。因此其内部结点相对B 树更小。如果把所有同一内部结点的关键字存放在同一盘块中,那么盘块所能容纳的关键字数量也越多。一次性读入内存中的需要查找的关键字也就越多。相对来说IO读写次数也就降低了。 

2) B+树的查询效率更加稳定 

由于非终结点并不是最终指向文件内容的结点,而只是叶子结点中关键字的索引。所以任何关键字的查找必须走一条从根结点到叶子结点的路。所有关键字查询的路径长度相同,导致每一个数据的查询效率相当。

2.3 聚簇索引和非聚簇索引

聚簇索引并不是一种单独的索引类型,而是一种数据存储方式。术语‘聚簇’表示数据行和相邻的键值聚簇的存储在一起。如下图,左侧的索引就是聚簇索引,因为数据行在磁盘的排列和索引排序保持一致。

聚簇索引的好处:

按照聚簇索引排列顺序,查询显示一定范围数据的时候,由于数据都是紧密相连,数据库不不用从多个数据块中提取数据,所以节省了大量的io操作。

聚簇索引的限制:

对于mysql数据库目前只有innodb数据引擎支持聚簇索引,而Myisam并不支持聚簇索引。

由于数据物理存储排序方式只能有一种,所以每个Mysql的表只能有一个聚簇索引。一般情况下就是该表的主键。

为了充分利用聚簇索引的聚簇的特性,所以innodb表的主键列尽量选用有序的顺序id,而不建议用无序的id,比如uuid这种。

3. Mysql索引分类

3.1 单值索引

概念:即一个索引只包含单个列,一个表可以有多个单列索引

语法:

所表一起创建:

CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),

  PRIMARY KEY(id),

  KEY (customer_name)

);

单独建单值索引:

CREATE  INDEX idx_customer_name ON customer(customer_name);

 

3.2 唯一索引

概念:索引列的值必须唯一,但允许有空值

随表一起创建:

CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),

  PRIMARY KEY(id),

  KEY (customer_name),

  UNIQUE (customer_no)

);

单独建唯一索引:

CREATE UNIQUE INDEX idx_customer_no ON customer(customer_no);

3.3 主键索引

概念:设定为主键后数据库会自动建立索引,innodb为聚簇索引

随表一起建索引

CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),

  PRIMARY KEY(id)

);

单独建主键索引:

ALTER TABLE customer add PRIMARY KEY customer(customer_no);

删除建主键索引:

ALTER TABLE customer drop PRIMARY KEY ;

修改建主键索引:

必须先删除掉(drop)原索引,再新建(add)索引

 

3.4 复合索引

概念:即一个索引包含多个列

随表一起建索引:

CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),

  PRIMARY KEY(id),

  KEY (customer_name),

  UNIQUE (customer_name),

  KEY (customer_no,customer_name)

);

单独建索引:

CREATE  INDEX idx_no_name ON customer(customer_no,customer_name);

 

3.5 基本语法

操作

命令

创建

CREATE  [UNIQUE ]  INDEX [indexName] ON table_name(column))

删除

DROP INDEX [indexName] ON mytable;

查看

SHOW INDEX FROM table_name\G

使用Alter命令

ALTER TABLE tbl_name ADD PRIMARY KEY (column_list) : 该语句添加一个主键,这意味着索引值必须是唯一的,且不能为NULL。

ALTER TABLE tbl_name ADD PRIMARY KEY (column_list)

ALTER TABLE tbl_name ADD INDEX index_name (column_list): 添加普通索引,索引值可出现多次。

ALTER TABLE tbl_name ADD FULLTEXT index_name (column_list):该语句指定了索引为 FULLTEXT ,用于全文索引。

4. 索引的创建时机

4.1 适合创建索引的情况

  • 主键自动建立唯一索引;
    • 频繁作为查询条件的字段应该创建索引
    • 查询中与其它表关联的字段,外键关系建立索引
    • 单键/组合索引的选择问题,组合索引性价比更高
    • 查询中排序的字段,排序字段若通过索引去访问将大大提高排序速度
    • 查询中统计或者分组字段

    4.2 不适合创建索引的情况

    • 表记录太少
    • 经常增删改的表或者字段
    • Where条件里用不到的字段不创建索引
    • 过滤性不好的不适合建索引

 


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