MySQL索引——总结篇

MySQL索引

  • MySQL索引
    • 数据库的三范式,反模式
    • 零碎知识
    • 索引
      • 索引原理
        • B Tree索引
        • B+Tree索引
      • B Tree 与 B+Tree的比较
      • 聚集索引和辅助索引
      • 聚集索引的注意事项
      • 索引的最左匹配特征

数据库的三范式,反模式

数据库范式是为了解决关系数据库中数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常等问题而引入的。数据范式可以避免数据冗余、节省空间、增加维护便利性

  • 第一范式(原子性)
    强调属性的原子性,要求属性不可再分解

  • 第二范式(唯一约束性)
    强调记录的唯一约束性,表中必须有一主键,且非主键不能只依赖主键的一部分

  • 第三范式(冗余性约束)
    强调属性的冗余性约束,非主键列必须直接依赖于主键

  • 反模式
    范式设计下,数据库业务设计的表可能增多,涉及到多表联合查询,导致性能变差。因此,出于性能优先的考量,在数据库结构中使用反模式的设计,利用空间换取时间,采用数据冗余的方式避免多表联合查询。数据一致性的问题,可选择尽可能使数据达到用户一致,保证系统一段时间的自我恢复和修正,最终达成一致。

零碎知识

  • 数据类型

数值、日期、字符串

  • 可变长度类型数据

可变长度类型中varchar(200)与varchar(50)存储hello所占空间相同,但前者在排序时会占用更多内存

  • 自增id删除之后的记录

InnoDB引擎只将当前自增主键的最大id存到内存中,重启后可能会使最大id丢失;而MyISAM会将最大id记录到数据文件中

  • count 语句的统计

没有where限定时,InnoDB的count(*)相对MyISM可能慢很多,因为InnoDB是实时统计。而MyISM维护了一个计数器

索引

  • 优缺点

优点:
提高检索速度,降低IO成本
事前排序,降低查询时CPU消耗
缺点:
增加存储空间、降低表更新速度

  • 使用场景
    小型表不建议使用,适用于中大型表;对特大型表索引的代价更大,可对数据库表进行分区

  • 索引的六种类型
    普通索引、唯一索引(唯一性)、主键索引(不允许为空)、复合索引、外建索引、全文索引

  • 索引创建原则
    出现在where语句后,而不是select;索引基数越大,效果越好;有时复合索引提高效率;过多索引会占用磁盘空间;主键尽量选取较短的数据类型;字符串索引应建立一个前缀长度,节省索引空间。

  • 索引使用注意事项
    避免在where后面使用逻辑或表达式操作、使用OR连接条件

索引原理

默认使用B Tree索引

B Tree索引

以M路BTree结构为例(M>=2,否则为空树)

  1. 排序方式:所有节点都递增排序
  2. 子节点数:1<非叶子节点数<=M
  3. 关键字数:ceil(M/2)-1 < 关键字数 < M-1
  4. 叶子节点:所有子节点均在同一层,包换关键字及关键字记录的地址(此外,也有指向其子节点的指针,值为null)

B+Tree索引

对B Tree索引的一种优化,B+Tree中所有数据记录节点都按照键值大小顺序存放在同一层节点上,每个非叶子节点都只存储key值信息,这样可大大增加每个节点存储的key值数量,降低树的高度

  1. 非叶子节点只记录键信息
  2. 所有叶子节点之间都有一个链指针
  3. 数据记录都放在叶子节点中

B Tree 与 B+Tree的比较

  1. B+树层级更少:B+树每个非叶子节点存储的关键字更多,所以层级更少,查询速度更快
  2. B+树查询更稳定:B+树所有关键字地址都存储在叶子节点上,所以每次查找次数相同,查询速度更稳定
  3. B+树具有天然的排序功能:B+树所有叶子节点数据构成了一个有序链表,在查询区间数据时更方便,数据紧密性高,缓存命中率也高
  4. B+树全局遍历更快:B+树只需要遍历所有叶子节点,而不需要像B树一层层进行遍历
  5. B数对根节点附近的数据访问速度更快:因为B数非叶子节点本身存有关键字其数据地址

聚集索引和辅助索引

聚集索引(主键索引),其叶子节点存储的数据是整行的具体数据;
辅助索引(二级索引),其叶子节点存的是整行数据对应的主键值,根据辅助索引查询数据要经过两步,即回表:

  1. InnoDB 存储引擎会遍历辅助索引找到主键
  2. 再通过主键在聚集索引中找到完整的行记录数据
  • 聚集索引的主键
    1. 定义主键时,InnoDB 存储引擎会将其当做聚集索引
    2. 没有定义主键时,InnoDB 存储引擎会定位到第一个唯一索引,且改索引的所有列值均为非空,将其当做聚集索引
    3. 没有主键且没有适合的唯一索引,InnoDB 存储引擎产生一个ID值6字节的聚集索引

聚集索引的注意事项

  1. 插入速度严重依赖插入顺序,按照主键的顺序插入是最快的方式,否则出现页分裂 会影响性能。(因此,一般定义一个自增的Id作为主键)
  2. 更新主键会导致更新的行移动,因此一般定义主键为不可更新
  3. 二级索引访问需要两次查询,第一次找到主键值,第二次找到行数据。(但是当查询数据只有id和索引时,可一次查询直接返回数据,即索引覆盖)
  4. 主键id建议使用整型。如此,主键索引的B+树节点可以存储更多主键id,辅佐索引的B+树节点可以存储更多主键id

索引的最左匹配特征

当索引种类是复合索引时,B+树通过从左往右建立搜索树,即索引的最左匹配特征

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