Mysql索引原理详解
B Tree 指的是 Balance Tree,也就是平衡树。平衡树是一颗查找树,并且所有叶子节点位于同一层。
B+ Tree 是基于 B Tree 和叶子节点顺序访问指针进行实现,它具有 B Tree 的平衡性,并且通过顺序访问指针来提高区间查询的性能。
在 B+ Tree 中,一个节点中的 key 从左到右非递减排列,如果某个指针的左右相邻 key 分别是 keyi 和 keyi+1,且不为 null,则该指针指向节点的所有 key 大于等于 keyi 且小于等于 keyi+1。
进行查找操作时,首先在根节点进行二分查找,找到一个 key 所在的指针,然后递归地在指针所指向的节点进行查找。直到查找到叶子节点,然后在叶子节点上进行二分查找,找出 key 所对应的 data。
插入删除操作会破坏平衡树的平衡性,因此在插入删除操作之后,需要对树进行一个分裂、合并、旋转等操作来维护平衡性。
与红黑树的比较
红黑树等平衡树也可以用来实现索引,但是文件系统及数据库系统普遍采用 B+ Tree 作为索引结构,主要有以下两个原因:
(一)更少的查找次数
平衡树查找操作的时间复杂度和树高 h 相关,O(h)=O(logdN),其中 d 为每个节点的出度。
红黑树的出度为 2,而 B+ Tree 的出度一般都非常大,所以红黑树的树高 h 很明显比 B+ Tree 大非常多,查找的次数也就更多。
(二)利用磁盘预读特性
为了减少磁盘 I/O 操作,磁盘往往不是严格按需读取,而是每次都会预读。预读过程中,磁盘进行顺序读取,顺序读取不需要进行磁盘寻道,并且只需要很短的磁盘旋转时间,速度会非常快。
操作系统一般将内存和磁盘分割成固定大小的块,每一块称为一页,内存与磁盘以页为单位交换数据。数据库系统将索引的一个节点的大小设置为页的大小,使得一次 I/O 就能完全载入一个节点。并且可以利用预读特性,相邻的节点也能够被预先载入。
索引是在存储引擎层实现的,而不是在服务器层实现的,所以不同存储引擎具有不同的索引类型和实现。
B+Tree 索引
是大多数 MySQL 存储引擎的默认索引类型。
因为不再需要进行全表扫描,只需要对树进行搜索即可,所以查找速度快很多。
因为 B+ Tree 的有序性,所以除了用于查找,还可以用于排序和分组。
可以指定多个列作为索引列,多个索引列共同组成键。
适用于全键值、键值范围和键前缀查找,其中键前缀查找只适用于最左前缀查找。如果不是按照索引列的顺序进行查找,则无法使用索引。
InnoDB 的 B+Tree 索引分为主索引和辅助索引。主索引的叶子节点 data 域记录着完整的数据记录,这种索引方式被称为聚簇索引。因为无法把数据行存放在两个不同的地方,所以一个表只能有一个聚簇索引。
辅助索引的叶子节点的 data 域记录着主键的值,因此在使用辅助索引进行查找时,需要先查找到主键值,然后再到主索引中进行查找。
哈希索引
哈希索引能以 O(1) 时间进行查找,但是失去了有序性:
InnoDB 存储引擎有一个特殊的功能叫“自适应哈希索引”,当某个索引值被使用的非常频繁时,会在 B+Tree 索引之上再创建一个哈希索引,这样就让 B+Tree 索引具有哈希索引的一些优点,比如快速的哈希查找。
全文索引
MyISAM 存储引擎支持全文索引,用于查找文本中的关键词,而不是直接比较是否相等。
查找条件使用 MATCH AGAINST,而不是普通的 WHERE。
全文索引使用倒排索引实现,它记录着关键词到其所在文档的映射。
InnoDB 存储引擎在 MySQL 5.6.4 版本中也开始支持全文索引。
空间数据索引
MyISAM 存储引擎支持空间数据索引(R-Tree),可以用于地理数据存储。空间数据索引会从所有维度来索引数据,可以有效地使用任意维度来进行组合查询。
必须使用 GIS 相关的函数来维护数据。
独立的列
在进行查询时,索引列不能是表达式的一部分,也不能是函数的参数,否则无法使用索引。
例如下面的查询不能使用 actor_id 列的索引:
SELECT actor_id FROM sakila.actor WHERE actor_id + 1 = 5;
多列索引
在需要使用多个列作为条件进行查询时,使用多列索引比使用多个单列索引性能更好。例如下面的语句中,最好把 actor_id 和 film_id 设置为多列索引。
SELECT film_id, actor_ id FROM sakila.film_actor
WHERE actor_id = 1 AND film_id = 1;
索引列的顺序
让选择性最强的索引列放在前面。
索引的选择性是指:不重复的索引值和记录总数的比值。最大值为 1,此时每个记录都有唯一的索引与其对应。选择性越高,每个记录的区分度越高,查询效率也越高。
例如下面显示的结果中 customer_id 的选择性比 staff_id 更高,因此最好把 customer_id 列放在多列索引的前面。
SELECT COUNT(DISTINCT staff_id)/COUNT(*) AS staff_id_selectivity,
COUNT(DISTINCT customer_id)/COUNT(*) AS customer_id_selectivity,
COUNT(*)
FROM payment;
staff_id_selectivity: 0.0001
customer_id_selectivity: 0.0373
COUNT(*): 16049
前缀索引
对于 BLOB、TEXT 和 VARCHAR 类型的列,必须使用前缀索引,只索引开始的部分字符。
前缀长度的选取需要根据索引选择性来确定。
覆盖索引
索引包含所有需要查询的字段的值。
具有以下优点:
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