图解Mysql索引原理

news2025/1/16 7:41:57

概述

是什么

索引像是一本书的目录列表，能根据目录快速的找到具体的书本内容，也就是加快了数据库的查询速度
索引本质是一个数据结构
索引是在存储引擎层，而不是服务器层实现的，所以，并没有统一的索引标准，不同存储引擎的索引的工作方式不同，也不是所有的存储引擎都支持所有类型的索引，即使多个存储引擎支持同一种类型的索引，其底层实现也可能不同————《高性能mysql》

优劣势

优点：

提高数据检索的效率，降低了数据库的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
被索引的列会自动进行排序，包括【单列索引】和【组合索引】，只是组合索引的排序要复杂一些

缺点

索引会占用磁盘空间
索引虽然提高了查询的效率，但是会影响增删改的效率，因为每次增删改数据时，数据库要同时更新维护索引的结构

数据结构

索引是存储引擎层面实现的，所以不同的存储引擎使用的索引数据结构也不同，底层结构主要是B+树和哈希两种

hash索引

基于哈希表实现的，对选中的索引列计算出一个哈希码，在哈希表存储的是哈希码以及指向每个数据行的指针（在mysql中，只有memory存储引擎支持哈希索引，且是memory的默认索引方式）
优点：查找的速度非常快（只需存储对应的哈希值，所以索引的结构十分紧凑）
缺点：

不能避免读取行。哈希表中只包含哈希值和行指针，而不存储字段值
无法用于排序。哈希表的索引数据并不是按照索引列匹配查找的
不支持部分索引列匹配查找。因为哈希索引始终是使用索引列的全部内容来计算哈希值的。
只支持等值比较查询，包括=，IN()，<=>，也不支持范围查找
存在哈希冲突。当出现哈希冲突时，必须遍历链表中所有的行指针，逐行进行比较，直到找到所有符合条件的行。同时，当哈希冲突很多的时候，一些索引维护操作的代价也会很高。例如，如果在某个选择性很低（哈希冲突很多）的列上建立哈希索引，那么当从表中删除一行时，存储引擎需要遍历对应哈希值的链表中的每一行，找到并删除对应行的引用，冲突越多，代价越大

B+树

默认的索引底层数据结构是B+树，B+树是一颗多叉平衡搜索树，如图：

B+树的节点中存储着多个元素，每个节点内有多个分叉
叶子结点包含了所有的索引项
只有叶子结点存储数据，非叶子结点只存储索引键
叶子结点使用双向指针连接，形成了一个双向有序链表，支持范围查询
在查找数据的时候，由于数据都存放在最底层的叶子节点上，所以每次查找都需要检索到叶子节点才能查询到数据。所以在需要查询数据的情况下每次的磁盘的IO跟树高有直接的关系

对比B树

B树也是一个平衡多叉树，结构如图：

B树的节点中存储着多个元素，每个内节点有多个分叉
所有节点中的元素包含键值和数据，如果data存储的是行记录，行的大小随着列数的增多，所占空间会变大。这时，一个页中可存储的数据量就会变少，树相应就会变高，磁盘IO次数就会变大
父节点当中的元素不会出现在子节点中
叶节点之间没有指针连接，不支持范围查询

Mysql索引

MyISAM索引（非聚簇索引）

使用B+树作为索引结构，叶节点的data域存放的是数据记录的地址（主键索引和辅助索引存储的都是数据记录的地址），也叫做“非聚簇索引”，如图

主键索引非必需，若存在则主键索引必须唯一
辅助索引的结构和主键索引结构一致，可以重复，会存在多个符合条件的数据，所以即使是等值查询，也需要按照范围查询的方式在辅助索引树中检索数据
检索过程：首先按照B+树搜索算法搜索索引，如果指定的key存在，则取出其data域的值，然后以data域的值为地址，去读取相应的表数据记录

InnoDB索引

主键索引（聚簇索引）

叶子节点的data域存储的是完整的数据记录，key就是数据表的主键，也叫做“聚簇索引，如图：

检索过程：首先按照B+树搜索算法搜索索引，如果指定的key存在，则取出其data域的值即为表数据
InnoDB要求必须有主键，且唯一；如果没有显示指定，mysql系统会自动选择一个可以唯一标识数据记录的列作为主键，如果不存在这种列，mysql会自动为InnoDB表生成一个隐含字段作为主键，类型为long
尽量在InnoDB上采用自增字段做表的主键；因为InnoDB数据文件本身是一颗B+树，非单调的主键会造成在插入记录时数据文件为了维持B+树的特性而频繁的分裂调整，十分低效，如果表使用自增主键，那么每次插入新的记录，记录会顺序添加到当前索引节点的后续未知，当一页写满，就会自动开辟一个新的页
不推荐用uuid做主键；uuid无序，插入操作会频繁做分裂调整，而且字段更长占用的空间更大，空间一大，一页存储的索引数据就减少，就需要占用更多页，查询时的磁盘io次数会增加，影响效率

辅助索引

辅助索引的叶子结点的data域存储的是相应记录主键的值，也就是InnoDB的所有辅助索引都引用主键作为data域，当主键索引行移动或数据页分裂时，减少了辅助索引的维护工作，如图所示：

检索过程：首先按照B+树搜索算法搜索索引，如果指定的key存在，则取出其data域的值即主键id，然后用主键id去主键索引树查询，找到对应的数据。这个过程中去主键索引树查询的过程叫做“回表”

联合索引和最左匹配原则

联合索引是用表中的多个字段组成一个索引，比如创建一个联合索引idx_abc(a,b,c)，那么该索引的每个键都包含这三个字段，且是按a,b,c依次排列
联合索引的存储方式：最底层的叶子节点按照第一列a列从左到右递增排列，但是b列和c列是无序的，b列只有在a列值相等的情况下小范围内递增有序，而c列只能在a，b两列相等的情况下小范围内递增有序
联合索引的检索方式：比如查询条件为where a=1 and b=28 and c=3，那么B+树会先比较a列来确定下一步应该搜索的方向，往左还是往右；如果a列相同再比较b列；但是如果查询条件没有a列，B+树就不知道第一步应该从哪个节点查起，所以这也是最左前缀匹配原则的原因
最左前缀匹配原则：使用组合索引查询时，mysql会一直向右匹配直至遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配
用联合索引id_abc查询要符合最左匹配原则，相当于创建了(a)、（a,b）（a,b,c）三个索引
联合索引的创建原则：在创建联合索引的时候因该把频繁使用的列、区分度高的列放在前面，频繁使用代表索引利用率高，区分度高代表筛选粒度大，这些都是在索引创建的需要考虑到的优化场景，也可以在常需要作为查询返回的字段上增加到联合索引中，如果在联合索引上增加一个字段而就能用到覆盖索引，那就可以加上