【一文读懂】Mysql索引原理之环环相扣
MySQL为什么要使用索引？
MySQL读写比例一般是10:1，大部分性能瓶颈在查询，所有优化性能的关键点都在查询，而索引可以有效的提升MySQL的查询性能。
为什么索引能提升查询性能？
索引通过特殊的数据结构和查询方式，能有效减少查询范围，减少IO的参数，从而提升查询效率
究竟什么是索引呢？
数据库索引本质上是一种数据结构（存储结构+算法），目的是为了加快搜索性能
那数据库索引的数据结构是什么样的？
以InnoDb引擎为例，主要支持三种数据结构，B+树、哈希索引、R树：
哈希索引：
实现原理：由索引列来决定存储位置。
优点：检索效率非常高，索引的检索可以一次到位，复杂度为O(1)
缺点：
1.索引无序，无法进行范围查询，只能用作IN,==等查询；无法排序
2.每次都要全表扫描
3.不符合最左缀原则，不能用部分索引建来搜索
4.当哈希值大量重复且数据量非常大时，由于哈希碰撞，查询效率会很低
B+树索引：
实现原理：参考【一文读懂】二叉树，平衡二叉树(AVL)，红黑树，B+树的原理
优点：
1.与B-Tree比较，内节点不存储data只存储Key，叶子结点不存储指针，在大数据量情况下，能有效的减少IO次数
2.B+树的查询必须最终找到叶子节点，而B-树只需要找到匹配的元素即可，无论匹配元素是中间节点还是叶子节点。
因此B-树的查找性能不稳定（最好情况是只查根节点，最坏查到叶子节点），而B+树每次查找都是稳定点
3.B-树只能依靠繁琐的中序遍历，而B+树只需要在链表上遍历即可。范围查询更方便
4.B更充分利用磁盘预读
缺点：
精确查询效率不如哈希索引
R树索引：空间索引适用。
数据库索引怎么实现的？
在MySQL中，不同存储引擎对索引的实现方式是不同的，引擎主要有MyISAM（图1）和InnoDB（图2）两种
聚集索引：一种索引，该索引中键值的逻辑顺序决定了表中相应行的物理顺序。
非聚集索引：一种索引，该索引中索引的逻辑顺序与磁盘上行的物理存储顺序不同。相同点：
- 索引的数据结构都是B+Tree
不同点：
- MyISAM索引与数据文件分离，InnoDB数据文件本身就是索引文件
- MyISAM主索引叶结点的data域存放的是数据记录的地址（非聚集索引），InnoDB叶节点存放的则是完整的数据记录（聚集索引）。
- MyISAM辅助索引叶结点的data域存放的是数据记录的地址（和主索引一样）， InnoDB的辅助索引data域存储相应记录主键的值。
- MyISAM对主键无要求，InnoDB要求主键最好不要过长（因为每一个辅助索引都引用主键）
图1 MyIASM主索引(左)和辅助索引(右)
图2 InnoDB主索引(左)和辅助索引(右)
如何确定索引是否执行？
在select语句之前加入explain关键字，通过查看type字段可以确定是否使用索引（为All表示未使用索引），possible_keys列出所有可能使用的索引，key是优化器选择后真正使用的索引
type 常用的类型有： ALL、index、range、 ref、eq_ref、const、system、NULL（从左到右，性能从差到好）
ALL：Full Table Scan， MySQL将遍历全表以找到匹配的行
index: Full Index Scan，index与ALL区别为index类型只遍历索引树
range:只检索给定范围的行，使用一个索引来选择行
ref: 表示上述表的连接匹配条件，即哪些列或常量被用于查找索引列上的值
eq_ref: 类似ref，区别就在使用的索引是唯一索引，对于每个索引键值，表中只有一条记录匹配，简单来说，就是多表连接中使用primary key或者 unique key作为关联条件
const、system: 当MySQL对查询某部分进行优化，并转换为一个常量时，使用这些类型访问。如将主键置于where列表中，MySQL就能将该查询转换为一个常量，system是const类型的特例，当查询的表只有一行的情况下，使用system
NULL: MySQL在优化过程中分解语句，执行时甚至不用访问表或索引，例如从一个索引列里选取最小值可以通过单独索引查找完成。
MySQL如何选择索引？
采用查询优化器
MsSQL不使用索引的可能情况？
- MySQL估计使用索引比全表扫描更慢，则不使用索引
- 复合索引，如果索引列不是复合索引的第一部分，则不使用索引（即不符合最左前缀）
- 如果like是以‘%'开始的，则该列上的索引不会被使用。例如
select * from table_name where key1 like '%a'；该查询即使key1上存在索引，也不会被使用。 - 如果列为字符串，则where条件中必须将字符常量值加引号，否则即使该列上存在索引，也不会被使用。
MySQL索引优化规则？
索引创建：
- 如果建立了(a,b)联合索引，就不必再单独建立 a 索引。同理，如果建立了(a,b,c)联合索引，就不必再单独建立 a、(a,b) 索引。
- 存在非等号和等号混合判断条件时，在建索引时，请把等号条件的列前置。如 where a>? and b=?，那么即使 a 的区分度更高，也必须把 b 放在索引的最前列。最左侧查询需求，并不是指 SQL 语句的 where 顺序要和联合索引一致（优化器会自动调整），但是推荐顺序保持一致。select * from table where a<100 and b=10
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利用覆盖索引来进行查询操作，避免回表。比如下面语句，可以建立索引(a,b,c)覆盖索引（所有数据都在索引里面），避免回表。select id, a from table where b=? and c=?
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如果有 order by，可以建立联合索引，将order by的字段放在联合索引最后(防止file_sort的情况，影响性能)
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业务上具有唯一特性的字段，必须建成唯一索引。
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单表索引建议控制在5个以内，单索引字段数不允许超过5个。
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尽量使用数字型字段，若只含数值信息的字段尽量不要设计为字符型，这会降低查询和连接的性能，并会增加存储开销。这是因为引擎在处理查询和连接时会逐个比较字符串中每一个字符，而对于数字型而言只需要比较一次就够了。
索引使用：
- 建立索引的列，不允许为 null。应尽量避免在 where 子句中对字段进行 null 值判断；尽量避免在 where 子句中使用!=或<>操作符。
- 范围列可以用到索引（联合索引必须是最左前缀）。但是范围列后面的列无法用到索引，索引最多用于一个范围列。比如联合索引(a,b)，在下面语句中，只能a用到索引，b用不到
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in 和 not in 也要慎用，多值查询一般是走索引的。但能用 between 就不要用 in，也可以考虑用exists代替。
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不要在SQL操作中计算
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SQL 性能优化 explain 中的 type：至少要达到 range 级别，要求是 ref 级别，如果可以是 consts 最好。
索引口诀：
全值匹配我最爱，最左前缀要遵守；
带头大哥不能死，中间兄弟不能断；
索引列上少计算，范围之后全失效；
LIKE百分写最右，覆盖索引不写星；
不等空值还有or，索引失效要少用。
送上一波练习题？
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