索引

索引(index)是帮助MySQL高效获取数据的数据结构(有序)。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。

• 无索引的查找：全表扫描(将整张表遍历一遍)，性能极低。

• 有索引的查找：数据库系统在存储数据的同时会维护一种数据结构(如二叉树)，当需要查找时，利用该数据结构进行查找，性能较高。

• 索引的优缺点

一. 索引结构

MySQL的索引是在存储引擎层实现的，不同的存储引擎有不同的结构。

• 索引在存储引擎中的支持情况

• 平常所说的索引，如果没有特别指明，一般都是说B+树结构组织的索引。

1. B+树

1.1 二叉树

• 一种经典的数据结构。

• 二叉树的两个缺点：

  • 顺序存储二叉树时，会形成一条链表，二叉树的深度很大，效率很低。
  • 二叉树的度不大于2，在数据库中存有大量数据的时候深度很大，效率很低。

1.2 红黑树

• 一种自平衡的特殊二叉树。

• 可以解决二叉树可能形成链表的缺点，但是依旧存在数据量大时深度很大的问题。

1.3 B树(平衡多路查找树)

• 一种自平衡的树。可以解决二叉树的两个缺点。
• 一个节点可以拥有两个以上的子节点。

1.4 B+树

• B树的变种。
• B+树与B树的区别：
  • 所有的元素都会出现在叶子节点。
  • 叶子节点形成了一条单向链表。

1.5 MySQL中的B+树

• 在MySQL中，对B+树进行了优化。在原有基础上，叶子节点改为了双向循环链表，提高区间访问的性能。

2. Hash

哈希索引就是采用一定的Hash算法，将键值换算成新的Hash值，映射到对应的槽位上，然后存储在Hash表中。

如果两个(或多个)键值映射到同一个槽位上，产生了Hash冲突，可以通过链表解决。

2.1 Hash索引的特点

1. 只能用于对等比较(=，in)，不支持范围查询(between，>，<，...)。
2. 无法利用索引完成排序操作。
3. 查询效率高，通常只需要一次检索(不出现hash冲突)，效率高于B+树。

2.2 存储引擎支持

在MySQL中，支持hash索引的是Memory引擎，而InnoDB中具有自适应hash功能，hash索引是存储引擎根据B+树索引在指定条件下自动构建的。

二. 索引分类

• 在InnoDB存储引擎中，根据索引的存储形式，又可以分为以下两种：

• 聚集索引的选取规则：
  • 如果存在主键，主键索引就是聚集索引。
  • 如果不存在主键，将适用第一个唯一(UNIQUE)索引作为聚集索引。
  • 如果不存在主键，或没有合适的唯一索引，则InnoDB会自动生成一个rowid作为隐藏的聚集索引。
• 聚集索引和二级索引的示意图：

• 在查找时，先走二级索引，找到对应的主键后，再走聚集索引，找到对应的整个行。（回表查询）

三. 索引语法

1. 创建索引

create [unique|fulltext] index {索引名} on {表名} ({字段名},...);

• unique 唯一索引 ｜fulltext 全文索引 ｜不加这两个则说明是常规索引。
• 一个索引可以关联多个字段，如果一个索引只关联一个字段，叫单列索引，如果关联多个字段，叫联合索引（组合索引）。
• 联合索引的字段顺序是有讲究的。
• 索引名一般的命名规则：idx _ 表名 _ 字段名

2. 查看索引

show index form {表名};

3. 删除索引

drop index {索引名} on {表名};

四. SQL性能分析

做性能分析是为了做SQL优化，SQL主要是做查询优化，因为查询操作比增删改多，查询优化的关键在于索引。

1. SQL执行频率

# 查看当前数据库的增删改查的访问频次
show global status like 'Com_______';
# 模糊匹配'Com'后面是7个下划线

• 根据执行频率来判断SQL优化需要在哪方面进行，也就是说这个数据库哪个操作频率高就优化哪个操作。

2. 慢查询日志

慢查询日志记录了所有执行时间超过制定参数 (long_query_time，单位：秒，默认10秒) 的所有sql语句的日志

慢查询日志用于找到执行慢的sql语句，进行针对性优化。

2.1 开启慢查询日志

MySQL的慢查询日志默认没有开启，需要在MySQL的配置文件(/etc/my.cnf) 中配置。

• 查询是否开启

show variables like 'slow_query_log';

• 开启慢查询日志

在MySQL的配置文件(/etc/my.cnf) 中配置如下信息：

# 开启MySQL慢查询日志开关
show_query_log = 1
# 设置慢查询日志的时间为2秒，SQL语句执行时间超过2秒就会被记录
long_query_time = 2

配置完毕后，需要重启服务器。

# 重启服务器
systemctl restart mysqld

2.2 查看慢查询日志

# 慢查询日志存放地址 Linux下
/var/lib/mysql/localhost-slow.log

3. profile详情

Show profiles 能够在做SQL优化时帮助我们了解时间都耗费到哪里去了。

3.1 查看MySQL是否支持profile操作

select @@have_profiling;

3.2 打开profile开关

# 查看是否打开
select @@profiling;

# 打开profile开关
set [session|global] profiling = 1;

• profile默认是关闭的。

• [session|global] 可以指定是会话级别的还是全局的。

3.3 查看profile详情

# 查看每一条SQL的耗时基本情况
show profiles;

# 查看指定query_id的SQL语句各个阶段的耗时情况
show profile for query query_id;

# 查看指定query_id的SQL语句CPU的使用情况
show profile cup for query query_id;

• query_id指的是在profiles中的某一条指令的id，可以在show profiles中看到。

4. explain执行计划

explain 或者 desc命令获取MySQL如何执行select语句的信息，包括在select语句执行过程中表如何连接和连接的顺序。

# 直接在select语句之前加上关键字explain/desc
explain select {字段列表} from {表名} where {条件};

• explain执行计划各字段含义

五. 索引使用

1. 最左前缀法则

• 如果索引了多列(联合索引)，要遵循最左前缀法则。最左前缀法则是指查询从索引的最左列开始，并且不跳过索引中的列。

• 如果跳跃某一列，索引将部分失效（后面的字段索引失效）。

• 查询时左边字段存在即符合最左前缀法则，不管它在代码中的位置。

2. 范围查询

• 联合索引中，出现范围查询（> , <），范围查询右侧的列索引失效。
• 用（>= , <=）不会出现失效情况。

3. 索引列运算

• 不要在索引列上进行运算操作，否则索引将失效。

4. 字符串不加引号

• 字符串类型字段使用时，不加引号，索引将失效。

5. 模糊查询

• 如果是尾部进行模糊查询，索引不会失效；如果是头部进行模糊查询，索引会失效。

6. or连接的条件

• 用or分割开的条件，如果or前的条件中的列有索引，二后面的列没有索引，那么涉及的索引都不会被用到。
• 只要把没有索引的建立一个索引就可以解决失效问题。

7. 数据分布影响

• 如果MySQL评估使用索引比全表更慢，则不使用索引。

8. SQL提示

SQL提示是优化数据库的一个重要手段。在SQL语句中加入一些人为的提示来达到优化操作的目的。

8.1 use index

• 使用指定索引(建议)

select * from {表名} use index({索引名}) where...;

8.2 ignore index

• 不使用某个索引

select * from {表名} ignore index({索引名}) where...;

8.3 force index

• 使用指定索引(必须)

select * from {表名} force index({索引名}) where...;

9. 覆盖索引

• 尽量使用覆盖索引（查询使用了索引，并且需要返回的列，在该索引中已经全部能够找到），减少使用select *。

• 使用覆盖索引和没有使用覆盖索引，在explain中的Extra列有不一样的提示：

  • （没使用）using index condition : 查找使用了索引，但是需要回表查询数据。
  • （使用了）using where; using index : 查找使用了索引，但是需要的数据都在索引列中能够找到，所以不需要回表查询数据。

• 覆盖索引直接在二级索引中获取了返回所需的所有数据，所以不需要回表查询，查询速度快。

• 如果不是覆盖查询，在二级索引中查询到数据后，还需要拿到对应数据的主键，到聚焦索引中查询行数据，这就叫回表查询，所以速度慢。

10. 前缀索引

当字段类型为字符串时，有时候需要存储很长的字符串，如果建立索引，索引会变得很大，浪费大量磁盘IO，影响查询效率。

此时可以只用字符串的一部分前缀来建立索引（前缀索引），可以大大节约索引空间，从而提高效率。

10.1 创建前缀索引

create index {索引名} on {表名}({字段名}({前缀的字符数}));

10.2 前缀长度的选择

• 可以根据索引的选择性来决定。

• 选择性：不重复的索引值和数据表的记录总数的比值。索引选择性越高，效率越高。唯一索引的选择性是1，是性能最好的。

• 求选择性：

select count(distinct substring({字段名},1,{截取长度}))/count(*) from {表名};

11. 单列索引和联合索引

• 单列索引：一个索引只包含单个列

• 联合索引：一个索引包含了多个列

• 在业务场景中，如果存在多个查询条件，考虑针对查询字段建立索引时，建议使用联合索引。

• 联合索引的存储结构：

六. 索引设计原则