索引失效的几种场景

news2024/11/20 6:35:45

索引失效的几种场景

  • 初始化数据
  • 一、对索引使用左或左右模糊匹配
  • 二、对索引使用函数
  • 三、对索引使用表达式计算
  • 四、对索引进行隐式类型转换
  • 五、索引使用不满足最左前缀原则
  • 六、where子句使用or
  • 总结

初始化数据

本文使用的是InnoDB存储引擎，先来创建一个学生表。

drop procedure if exists add_student;

CREATE PROCEDURE `add_student`(in n int, in batchNum int)
BEGIN
    DECLARE i INT DEFAULT 1;
    DECLARE age1 INT DEFAULT 1;
    DECLARE gender1 INT DEFAULT 1;
    WHILE (i < n + 1)
        DO
            set age1 = floor(18 + (rand() * 5));
            set gender1 = floor(rand() * 3);
            set autocommit = 0;
            INSERT into student (order_num, student_name, age, create_time, gender)
            VALUES (i, concat('student_name', i), age1, now(), gender1);
            set i = i + 1;
            if i mod batchNum = 0 then
                commit;
            end if;
        END WHILE;
    commit;
END

这里使用存储过程来插入100万条数据。

--创建存储过程

drop procedure if exists add_student;

CREATE  PROCEDURE `add_student`(in n int,in batchNum int) 
BEGIN
    DECLARE i INT DEFAULT 1;
		 DECLARE age1 INT DEFAULT 1;
		  DECLARE gender1 INT DEFAULT 1;
	WHILE (i < n+1 ) DO
	set age1=floor(18+( rand() * 5));
	set gender1 = floor(rand() * 3);
	set autocommit = 0;
		INSERT into student (order_num,name,age,create_time,gender) VALUES (i,concat('student_name',i),age1,now(),gender1);
		set i=i+1;
		if i mod batchNum = 0 then
                commit;
     end if;
	END WHILE;
	 commit;
END

-- 调用
CALL add_student(1000000,100000)

在这里插入图片描述
查看表中的索引：

show index from student;

在这里插入图片描述

一、对索引使用左或左右模糊匹配

当我们使用左或者左右模糊匹配的时候，也就是 like ‘%xx’ 或者 like ‘%xx%’ 这两种方式都会造成索引失效。

我们对name字段添加索引：

CREATE INDEX idx_student_name ON student(name(20));

再次查看表中的索引：

show index from student;

在这里插入图片描述
比如下面的 like 语句，查询 name 后缀为「name112」的用户，执行计划中的 type=ALL 就代表了全表扫描，而没有走索引。

# 此时name字段为二级索引
explain select * from student where name like '%name112';

在这里插入图片描述
如果是查询 name 前缀为「student_name999」用户，那么就会走索引扫描，执行计划中的 type=range 表示走索引扫描，key=index_name 看到实际走了 index_name 索引：

// 此时name字段为二级索引
explain select count(1) from student where name like 'student_name999%';

在这里插入图片描述

问：为什么 like 关键字左或者左右模糊匹配无法走索引呢？
答：因为索引 B+ 树是按照「索引值」有序排列存储的，只能根据前缀进行比较。

举个例子，下面这张二级索引图（图中叶子节点之间我画了单向链表，但是实际上是双向链表，原图我找不到了，修改不了，偷个懒我不重画了，大家脑补成双向链表就行），是以 name 字段有序排列存储的。

在这里插入图片描述
假设我们要查询 name 字段前缀为「林」的数据，也就是 name like ‘林%’，扫描索引的过程：

  1. 首节点查询比较：林这个字的拼音大小比首节点的第一个索引值中的陈字大，但是比首节点的第二个索引值中的周字小，所以选择去节点2继续查询；

  2. 节点 2 查询比较：节点2的第一个索引值中的陈字的拼音大小比林字小，所以继续看下一个索引值，发现节点2有与林字前缀匹配的索引值，于是就往叶子节点查询，即叶子节点4；

  3. 节点 4 查询比较：节点4的第一个索引值的前缀符合林字，于是就读取该行数据，接着继续往右匹配，直到匹配不到前缀为林的索引值。

如果使用 name like ‘%林’ 方式来查询，因为查询的结果可能是「陈林、张林、周林」等之类的，所以不知道从哪个索引值开始比较，于是就只能通过全表扫描的方式来查询。

二、对索引使用函数

有时候我们会用一些 MySQL 自带的函数来得到我们想要的结果，这时候要注意了，如果查询条件中对索引字段使用函数，就会导致索引失效。

比如下面这条语句查询条件中对 name 字段使用了 LENGTH 函数，执行计划中的 type=ALL，代表了全表扫描：

explain select * from student where length(name)=16;

在这里插入图片描述

为什么对索引使用函数，就无法走索引了呢？

因为索引保存的是索引字段的原始值，而不是经过函数计算后的值，自然就没办法走索引了。

不过，从 MySQL 8.0 开始，索引特性增加了函数索引，即可以针对函数计算后的值建立一个索引，也就是说该索引的值是函数计算后的值，所以就可以通过扫描索引来查询数据。小伙伴们可以自行测试一下。

三、对索引使用表达式计算

在查询条件中对索引进行表达式计算，也是无法走索引的。

比如，下面这条查询语句，执行计划中 type = ALL，说明是通过全表扫描的方式查询数据的：

explain select * from student where id + 1 = 10;

在这里插入图片描述
但是，如果把查询语句的条件改成 where id = 10 - 1，这样就不是在索引字段进行表达式计算了，于是就可以走索引查询了。

explain select * from student where id = 10 + 1;

在这里插入图片描述

为什么对索引进行表达式计算，就无法走索引了呢？

原因跟对索引使用函数差不多。

因为索引保存的是索引字段的原始值，而不是 id + 1 表达式计算后的值，所以无法走索引，只能通过把索引字段的取值都取出来，然后依次进行表达式的计算来进行条件判断，因此采用的就是全表扫描的方式。

有的同学可能会说，这种对索引进行简单的表达式计算，在代码特殊处理下，应该是可以做到索引扫描的，比方将 id + 1 = 10 变成 id = 10 - 1。

是的，是能够实现，但是 MySQL 还是偷了这个懒，没有实现。

我的想法是，可能也是因为，表达式计算的情况多种多样，每种都要考虑的话，代码可能会很臃肿，所以干脆将这种索引失效的场景告诉程序员，让程序员自己保证在查询条件中不要对索引进行表达式计算。

四、对索引进行隐式类型转换

如果索引字段是字符串类型，但是在条件查询中，输入的参数是整型的话，你会在执行计划的结果发现这条语句会走全表扫描。

仍然用 student 表中的 name 字段，是二级索引且类型是 varchar。

然后我在条件查询中，用整型作为输入参数，此时执行计划中 type = ALL，所以是通过全表扫描来查询数据的。

explain select * from student where name = 1;

在这里插入图片描述
然后我们再用字符串作为输入参数，此时执行计划中type = index，就变成通过索引插叙数据了。

explain select count(1) from student where name = '1';

在这里插入图片描述

为什么第一个例子会导致索引失效，而第二例子不会呢？

要明白这个原因，首先我们要知道 MySQL 的数据类型转换规则是什么？就是看 MySQL 是会将字符串转成数字处理，还是将数字转换成字符串处理。

我在看《mysql45讲的时候》看到一个简单的测试方式，就是通过 select “10” > 9 的结果来知道MySQL 的数据类型转换规则是什么：

  • 如果规则是 MySQL 会将自动「字符串」转换成「数字」，就相当于 select 10 > 9，这个就是数字比较，所以结果应该是 1；
  • 如果规则是 MySQL 会将自动「数字」转换成「字符串」，就相当于 select “10” > “9”，这个是字符串比较，字符串比较大小是逐位从高位到低位逐个比较（按ascii码） ，那么"10"字符串相当于 “1”和“0”字符的组合，所以先是拿 “1” 字符和 “9” 字符比较，因为 “1” 字符比 “9” 字符小，所以结果应该是 0。

在 MySQL 中，执行的结果如下图：
在这里插入图片描述
上面的结果为 1，说明 MySQL 在遇到字符串和数字比较的时候，会自动把字符串转为数字，然后再进行比较。

前面的例子一中的查询语句，我也跟大家说了是会走全表扫描：

explain select * from student where name = 1;

这是因为 phone 字段为字符串，所以 MySQL 要会自动把字符串转为数字，所以这条语句相当于：

select * from student where CAST(name AS signed int) = 1;

可以看到，CAST 函数是作用在了 phone 字段，而 phone 字段是索引，也就是对索引使用了函数！而前面我们也说了，对索引使用函数是会导致索引失效的。

例子二中的查询语句，我跟大家说了是会走索引扫描：

explain select count(1) from student where name = '1';

这时因为字符串部分是输入参数，也就需要将字符串转为数字，所以这条语句相当于：

select * from student where name = CAST("1" AS signed int);

可以看到，索引字段并没有用任何函数，CAST 函数是用在了输入参数，因此是可以走索引扫描的。

五、索引使用不满足最左前缀原则

对主键字段建立的索引叫做聚簇索引，对普通字段建立的索引叫做二级索引。

那么多个普通字段组合在一起创建的索引就叫做联合索引，也叫组合索引。

创建联合索引时，我们需要注意创建时的顺序问题，因为联合索引 (a, b, c) 和 (c, b, a) 在使用的时候会存在差别。

联合索引要能正确使用需要遵循最左匹配原则，也就是按照最左优先的方式进行索引的匹配。

比如，如果创建了一个 (a, b, c) 联合索引，如果查询条件是以下这几种，就可以匹配上联合索引：

where a=1；
where a=1 and b=2 and c=3；
where a=1 and b=2；
需要注意的是，因为有查询优化器，所以 a 字段在 where 子句的顺序并不重要。

但是，如果查询条件是以下这几种，因为不符合最左匹配原则，所以就无法匹配上联合索引，联合索引就会失效:

where b=2；
where c=3；
where b=2 and c=3；
有一个比较特殊的查询条件：where a = 1 and c = 3 ，符合最左匹配吗？

这种其实严格意义上来说是属于索引截断，不同版本处理方式也不一样。

MySQL 5.5 的话，前面 a 会走索引，在联合索引找到主键值后，开始回表，到主键索引读取数据行，Server 层从存储引擎层获取到数据行后，然后在 Server 层再比对 c 字段的值。

从 MySQL 5.6 之后，有一个索引下推功能，可以在存储引擎层进行索引遍历过程中，对索引中包含的字段先做判断，直接过滤掉不满足条件的记录，再返还给 Server 层，从而减少回表次数。

索引下推的大概原理是：截断的字段不会在 Server 层进行条件判断，而是会被下推到「存储引擎层」进行条件判断（因为 c 字段的值是在 (a, b, c) 联合索引里的），然后过滤出符合条件的数据后再返回给 Server 层。由于在引擎层就过滤掉大量的数据，无需再回表读取数据来进行判断，减少回表次数，从而提升了性能。

比如下面这条 where a = 1 and c = 0 语句，我们可以从执行计划中的 Extra=Using index condition 使用了索引下推功能。
在这里插入图片描述

为什么联合索引不遵循最左匹配原则就会失效？

原因是，在联合索引的情况下，数据是按照索引第一列排序，第一列数据相同时才会按照第二列排序。

也就是说，如果我们想使用联合索引中尽可能多的列，查询条件中的各个列必须是联合索引中从最左边开始连续的列。如果我们仅仅按照第二列搜索，肯定无法走索引。

打个比方，老师让你去教学楼3楼ES304教室取文件，但是不告诉你一楼的入口，只告诉你二楼三楼怎么走，相当于是空中楼阁，根本无法找得到。

六、where子句使用or

在 WHERE 子句中，如果在 OR 前的条件列是索引列，而在 OR 后的条件列不是索引列，那么索引会失效。

举个例子，比如下面的查询语句，id 是主键，age 是普通列，从执行计划的结果看，是走了全表扫描。

explain select * from student where id = 1 or age = 18;

在这里插入图片描述
这是因为 OR 的含义就是两个只要满足一个即可，因此只有一个条件列是索引列是没有意义的，只要有条件列不是索引列，就会进行全表扫描。

要解决办法很简单，将 age 字段设置为索引即可。

在这里插入图片描述
可以看到 type=index merge， index merge 的意思就是对 id 和 age 分别进行了扫描，然后将这两个结果集进行了合并，这样做的好处就是避免了全表扫描。

总结

今天给大家介绍了 6 种会发生索引失效的情况：

  • 当我们使用左或者左右模糊匹配的时候，也就是 like ‘%xx’ 或者 like '%xx%'这两种方式都会造成索引失效；
  • 当我们在查询条件中对索引列使用函数，就会导致索引失效。
  • 当我们在查询条件中对索引列进行表达式计算，也是无法走索引的。
  • MySQL 在遇到字符串和数字比较的时候，会自动把字符串转为数字，然后再进行比较。如果字符串是索引列，而条件语句中的输入参数是数字的话，那么索引列会发生隐式类型转换，由于隐式类型转换是通过 CAST 函数实现的，等同于对索引列使用了函数，所以就会导致索引失效。
  • 联合索引要能正确使用需要遵循最左匹配原则，也就是按照最左优先的方式进行索引的匹配，否则就会导致索引失效。
  • 在 WHERE 子句中，如果在 OR 前的条件列是索引列，而在 OR 后的条件列不是索引列，那么索引会失效。

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