MySQL索引之基本概念

水深无声 2023-10-15 13:09 47阅读 0赞

### 什么是索引 ###

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。那么我们可以得出索引的本质:本质就是，索引是一种数据结构。索引的目的在于提高查询效率，可以类比字典。可以理解为：排好序的快速查找数据结构。 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。 也就是说  
**数据本身之外，数据库还维护着一个满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式指向数据，这样就可以在这些数据结构的基础上实现高级查找算法，这种数据结构就是索引。**

### 索引的优劣势 ###

优势：

*  类似大学图书馆建书目索引，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或分组，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AVLTree **高度平衡树**。增加和删除可能需要通过一次或多次树旋转来重新平衡这个树。

## 索引的数据结构 ##

### BTree索引 ###

BTree索引的数据结构是一棵b树，**一个节点可以拥有多于2个子节点的二叉查找树**,每个节点当作不同的磁盘块，那么每个磁盘块上包括几个数据项、指向关键字具体信息的指针、指向其他磁盘块的指针。

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查找的过程:  
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。

### B+Tree索引 ###

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B+Tree与B-Tree 的区别:

*  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。
 *  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。

B+Tree的好处：

*  **B+树的磁盘读写代价更低**
 *  **B+树的查询效率更加稳定**

### 聚簇索引与非聚簇索引 ###

**聚簇索引**：将数据存储与索引放到了一块，找到索引也就找到了数据

**非聚簇索引**：将数据存储于索引分开结构，索引结构的叶子节点指向了数据的对应行，myisam通过key\_buffer把索引先缓存到内存中，当需要访问数据时（通过索引访问数据），在内存中直接搜索索引，然后通过索引找到磁盘相应数据，这也就是为什么索引不在key buffer命中时，速度慢的原因

innodb中，非聚簇索引又称辅助索引，辅助索引访问数据总是需要二次查找。辅助索引叶子节点存储的不再是行的物理位置，而是主键值。

### MySQL索引分类 ###

*  主键索引：设定为主键后数据库会自动建立索引，innodb为聚簇索引
 *  单值索引：即一个索引只包含单个列，一个表可以有多个单列索引
 *  一索引：索引列的值必须唯一，但允许有空值
 *  复合索引：即一个索引包含多个列

### 索引的使用场景 ###

需要创建索引：

*  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

不要创建索引：

*  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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