面试的时候经常问到数据库,一谈到数据库就离不开索引,特此学习一波索引。
这个博客写得很全:https://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/52669644
数据库索引
1.索引的意义
没有索引的话,查询数据时数据库就得进行全表扫描,数据量一大起来效率可想而知。
2.索引的实现
2.1 数据结构的选取
目前大部分数据库系统及文件系统都采用B-Tree或其变种B+Tree作为索引结构。
为什么要选用这种数据结构?涉及到主存、磁盘的存储原理和局部性原理与磁盘预读,这里就不展开了。
总之,采用B-/+Tree存储结构,搜索时磁盘的I/O次数非常少,因此作为索引结构效率是非常高的。
2.2 为什么选B+Tree?
B树的搜索复杂度为O(h)=O(logdN),所以树的出度d越大,深度h就越小,I/O的次数就越少。B+Tree恰恰可以增加出度d的宽度,因为每个节点大小为一个页大小,所以出度的上限取决于节点内key和data的大小。由于B+Tree内节点去掉了data域,因此可以拥有更大的出度,从而拥有更好的性能。
在MySQL中,索引属于存储引擎级别的概念,不同存储引擎对索引的实现方式是不同的,本文主要讨论MyISAM和InnoDB两个存储引擎的索引实现方式。
MyISAM引擎使用B+Tree作为索引结构,叶节点的data域存放的是数据记录的地址。下图是MyISAM索引的原理图:
这里设表一共有三列,假设我们以Col1为主键,则上图是一个MyISAM表的主索引(Primary key)示意。可以看出MyISAM的索引文件仅仅保存数据记录的地址。在MyISAM中,主索引和辅助索引(Secondary key)在结构上没有任何区别,只是主索引要求key是唯一的,而辅助索引的key可以重复。如果我们在Col2上建立一个辅助索引,则此索引的结构如下图所示:
同样也是一颗B+Tree,data域保存数据记录的地址。因此,MyISAM中索引检索的算法为首先按照B+Tree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,读取相应数据记录。
MyISAM的索引方式也叫做“非聚集”的,之所以这么称呼是为了与InnoDB的聚集索引区分。
虽然InnoDB也使用B+Tree作为索引结构,但具体实现方式却与MyISAM截然不同。
第一个重大区别是InnoDB的数据文件本身就是索引文件。从上文知道,MyISAM索引文件和数据文件是分离的,索引文件仅保存数据记录的地址。而在InnoDB中,表数据文件本身就是按B+Tree组织的一个索引结构,这棵树的叶节点data域保存了完整的数据记录。这个索引的key是数据表的主键,因此InnoDB表数据文件本身就是主索引。
上图是InnoDB主索引(同时也是数据文件)的示意图,可以看到叶节点包含了完整的数据记录。这种索引叫做聚集索引。因为InnoDB的数据文件本身要按主键聚集,所以InnoDB要求表必须有主键(MyISAM可以没有),如果没有显式指定,则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,则MySQL自动为InnoDB表生成一个隐含字段作为主键,这个字段长度为6个字节,类型为长整形。
第二个与MyISAM索引的不同是InnoDB的辅助索引data域存储相应记录主键的值而不是地址。换句话说,InnoDB的所有辅助索引都引用主键作为data域。例如,下图为定义在Col3上的一个辅助索引:
这里以英文字符的ASCII码作为比较准则。聚集索引这种实现方式使得按主键的搜索十分高效,但是辅助索引搜索需要检索两遍索引:首先检索辅助索引获得主键,然后用主键到主索引中检索获得记录。
了解不同存储引擎的索引实现方式对于正确使用和优化索引都非常有帮助,例如知道了InnoDB的索引实现后,就很容易明白为什么不建议使用过长的字段作为主键,因为所有辅助索引都引用主索引,过长的主索引会令辅助索引变得过大。再例如,用非单调的字段作为主键在InnoDB中不是个好主意,因为InnoDB数据文件本身是一颗B+Tree,非单调的主键会造成在插入新记录时数据文件为了维持B+Tree的特性而频繁的分裂调整,十分低效,而使用自增字段作为主键则是一个很好的选择。
总结一下:
在MyISAM中,主索引和辅助索引在结构上没有任何区别,叶子节点保存的是数据的地址
只是主索引要求key是唯一的,而辅助索引的key可以重复。
在InnoDB中,表数据文件本身就是主索引,主索引的叶节点包含了完整的数据记录
辅助索引data域存储相应记录主键的值而不是地址,因此需要搜索一次辅助索引,一次主键索引。
最后再区分一下:
主键索引和辅助索引
主键索引(建表默认创建的索引?)
辅助索引,也叫二级索引(用户创建的索引?)
聚集索引和非聚集索引
聚集索引,也叫聚簇索引
定义:数据行的物理顺序与列值(一般是主键的那一列)的逻辑顺序相同,一个表中只能拥有一个聚集索引。
非聚集索引
定义: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,一个表中可以拥有多个非聚集索引。