MySQL 高级篇 -- 索引的创建与设计原则

一、 索引的声明与使用

1.1 创建索引

CREATE TABLE table_name [col_name data_type]
[UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL] [INDEX | KEY] [index_name] (col_name [length]) [ASC |
DESC]

参数	说明
UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL	可选参数，分别表示唯一索引、全文索引和空间索引
INDEX | KEY	同义词，两者的作用相同，用来指定创建索引
index_name	指定索引的名称，为可选参数，如果不指定，那么MySQL默认col_name为索引名
col_name	为需要创建索引的字段列，该列必须从数据表中定义的多个列中选择
length	为可选参数，表示索引的长度，只有字符串类型的字段才能指定索引长度
ASC | DESC	指定升序或者降序的索引值存储

1.1.1 普通索引

• 在 book 表中的 year_publication 字段上建立普通索引

CREATE TABLE book(
  book_id INT ,
  book_name VARCHAR(100),
  authors VARCHAR(100),
  info VARCHAR(100) ,
  comment VARCHAR(100),
  year_publication YEAR,
  INDEX(year_publication)
);

1.1.2 唯一索引

CREATE TABLE test1(
  id INT NOT NULL,
  name varchar(30) NOT NULL,
  UNIQUE INDEX uk_idx_id(id)
);

1.1.3 主键索引

• 设定为主键后数据库会自动建立索引

CREATE TABLE student (
  id INT(10) UNSIGNED AUTO_INCREMENT ,
  student_no VARCHAR(200),
  student_name VARCHAR(200),
  PRIMARY KEY(id)
);

1.1.4 单列索引

CREATE TABLE test2(
  id INT NOT NULL,
  name CHAR(50) NULL,
  INDEX single_idx_name(name(20))
);

1.1.5 组合索引

CREATE TABLE test3(
  id INT(11) NOT NULL,
  name CHAR(30) NOT NULL,
  age INT(11) NOT NULL,
  info VARCHAR(255),
  INDEX multi_idx(id,name,age)
);

1.1.6 全文索引

• 创建

CREATE TABLE test4(
  id INT NOT NULL,
  name CHAR(30) NOT NULL,
  age INT NOT NULL,
  info VARCHAR(255),
  FULLTEXT INDEX futxt_idx_info(info)
);

CREATE TABLE articles (
  id INT UNSIGNED AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  title VARCHAR (200),
  body TEXT,
  FULLTEXT index (title, body)
);

CREATE TABLE `papers` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `title` varchar(200) DEFAULT NULL,
  `content` text,
  PRIMARY KEY (`id`),
  FULLTEXT KEY `title` (`title`,`content`)
);

• 使用

# 不同于like方式的的查询
SELECT * FROM papers WHERE content LIKE ‘%查询字符串%’;

# 全文索引用 match + against 方式查询
SELECT * FROM papers WHERE MATCH(title,content) AGAINST (‘查询字符串’);

• 说明

1. 全文索引比 like + % 快 N 倍，但是可能存在精度问题；
2. 如果需要全文索引的是大量数据，建议先添加数据，再创建索引。

1.1.7 空间索引

空间索引创建中，要求空间类型的字段必须为非空。

CREATE TABLE test5(
  geo GEOMETRY NOT NULL,
  SPATIAL INDEX spa_idx_geo(geo)
) ENGINE=MyISAM;

1.2 添加索引

• 使用ALTER TABLE语句创建索引

ALTER TABLE table_name ADD [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL] [INDEX | KEY]
[index_name] (col_name[length],...) [ASC | DESC]

• 使用CREATE INDEX创建索引

CREATE [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL] INDEX index_name
ON table_name (col_name[length],...) [ASC | DESC]

1.3 查看索引

• SHOW INDEX FROM

mysql> SHOW INDEX FROM student\G
*************************** 1. row ***************************
        Table: student
   Non_unique: 0
     Key_name: PRIMARY
 Seq_in_index: 1
  Column_name: id
    Collation: A
  Cardinality: 3611769
     Sub_part: NULL
       Packed: NULL
         Null: 
   Index_type: BTREE
      Comment: 
Index_comment: 
      Visible: YES
   Expression: NULL
*************************** 2. row ***************************
        Table: student
   Non_unique: 1
     Key_name: name
 Seq_in_index: 1
  Column_name: name
    Collation: A
  Cardinality: 773608
     Sub_part: NULL
       Packed: NULL
         Null: YES
   Index_type: BTREE
      Comment: 
Index_comment: 
      Visible: YES
   Expression: NULL
2 rows in set (0.00 sec)

mysql> 

• SHOW CREATE TABLE

mysql> SHOW CREATE TABLE `student`;
+---------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Table   | Create Table                                                                                                                                                                                                                                                                               |
+---------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| student | CREATE TABLE `student` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `stuno` int NOT NULL,
  `name` varchar(20) DEFAULT NULL,
  `age` int DEFAULT NULL,
  `classId` int DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4000001 DEFAULT CHARSET=utf8mb3 |
+---------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.01 sec)

mysql> 

• DESC

mysql> DESC `student`;
+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+
| Field   | Type        | Null | Key | Default | Extra          |
+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+
| id      | int         | NO   | PRI | NULL    | auto_increment |
| stuno   | int         | NO   |     | NULL    |                |
| name    | varchar(20) | YES  | MUL | NULL    |                |
| age     | int         | YES  |     | NULL    |                |
| classId | int         | YES  |     | NULL    |                |
+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+
5 rows in set (0.02 sec)

mysql> 

1.4 删除索引

删除表中的列时，如果要删除的列为索引的组成部分，则该列也会从索引中删除；如果组成索引的所有列都被删除，则整个索引将被删除。

• 使用ALTER TABLE删除索引

ALTER TABLE table_name DROP INDEX index_name;

• 使用DROP INDEX语句删除索引

DROP INDEX index_name ON table_name;

二、隐藏索引

2.1 简介

• MySQL 5.7 版本及之前

1. 只能通过显式的方式删除索引，如果发现删除索引后出现错误，又只能通过显式创建索引的方式将删除的索引创建回来。
2. 如果数据表中的数据量非常大，或者数据表本身比较大，这种操作就会消耗系统过多的资源，操作成本非常高。

• 从MySQL 8.x开始

1. 支持隐藏索引（invisible indexes），只需要将待删除的索引设置为隐藏索引，使查询优化器不再使用这个索引（即使使用force index（强制使用索引），优化器也不会使用该索引）。
2. 确认将索引设置为隐藏索引后系统不受任何响应，就可以彻底删除索引。
3. 这种通过先将索引设置为隐藏索引，再删除索引的方式就是软删除。

2.2 创建隐藏索引

• 创建表时直接创建

# 比普通索引多了一个关键字 INVISIBLE，用来标记索引为不可见索引。
CREATE TABLE tablename(
  propname1 type1[CONSTRAINT1],
  propname2 type2[CONSTRAINT2],
  ……
  propnamen typen,
  INDEX [indexname](propname1 [(length)]) INVISIBLE
);

• 在已经存在的表上创建

CREATE INDEX indexname
ON tablename(propname[(length)]) INVISIBLE;

• 通过ALTER TABLE语句创建

ALTER TABLE tablename
ADD INDEX indexname (propname [(length)]) INVISIBLE;

• 切换索引可见状态

ALTER TABLE tablename ALTER INDEX index_name INVISIBLE; #切换成隐藏索引
ALTER TABLE tablename ALTER INDEX index_name VISIBLE; #切换成非隐藏索引

1. 如果将index_cname索引切换成可见状态，通过explain查看执行计划，发现优化器选择了index_cname索引。
2. 当索引被隐藏时，它的内容仍然是和正常索引一样实时更新的。
3. 如果一个索引需要长期被隐藏，那么可以将其删除，因为索引的存在会影响插入、更新和删除的性能。

2.3 使隐藏索引对查询优化器可见

• 简介

1. 在MySQL 8.x版本中，为索引提供了一种新的测试方式，可以通过查询优化器的一个开关（use_invisible_indexes）来打开某个设置，使隐藏索引对查询优化器可见。
2. 如果 use_invisible_indexes 设置为off（默认），优化器会忽略隐藏索引。
3. 如果设置为on，即使隐藏索引不可见，优化器在生成执行计划时仍会考虑使用隐藏索引。

• 切换

mysql> select @@optimizer_switch \G
*************************** 1. row ***************************
@@optimizer_switch: index_merge=on,index_merge_union=on,index_merge_sort_union=on,index_merge_intersection=on,engine_condition_pushdown=on,index_condition_pushdown=on,mrr=on,mrr_cost_based=on,block_nested_loop=on,batched_key_access=off,materialization=on,semijoin=on,loosescan=on,firstmatch=on,duplicateweedout=on,subquery_materialization_cost_based=on,use_index_extensions=on,condition_fanout_filter=on,derived_merge=on,use_invisible_indexes=off,skip_scan=on,hash_join=on,subquery_to_derived=off,prefer_ordering_index=on,hypergraph_optimizer=off,derived_condition_pushdown=on
1 row in set (0.00 sec)

mysql> set session optimizer_switch="use_invisible_indexes=on";
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select @@optimizer_switch \G
*************************** 1. row ***************************
@@optimizer_switch: ... use_invisible_indexes=on, ...
1 row in set (0.00 sec)

mysql> set session optimizer_switch="use_invisible_indexes=off";
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> 

三、索引的设计原则

3.1 数据准备

• 创建数据库、创建表

CREATE DATABASE atguigudb1;

USE atguigudb1;

#1.创建学生表和课程表
CREATE TABLE `student_info` (
  `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `student_id` INT NOT NULL ,
  `name` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
  `course_id` INT NOT NULL ,
  `class_id` INT(11) DEFAULT NULL,
  `create_time` DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

CREATE TABLE `course` (
  `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `course_id` INT NOT NULL ,
  `course_name` VARCHAR(40) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

• 创建模拟数据必需的存储函数

# 函数1：创建随机产生字符串函数
DELIMITER //

CREATE FUNCTION rand_string(n INT)
  RETURNS VARCHAR(255) #该函数会返回一个字符串
BEGIN
  DECLARE chars_str VARCHAR(100) DEFAULT 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFJHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
  DECLARE return_str VARCHAR(255) DEFAULT '';
  DECLARE i INT DEFAULT 0;

  WHILE i < n DO
    SET return_str = CONCAT(return_str, SUBSTRING(chars_str, FLOOR(1 + RAND() * 52), 1));
    SET i = i + 1;
  END WHILE;

  RETURN return_str;
END //

DELIMITER ;

#函数2：创建随机数函数
DELIMITER //

CREATE FUNCTION rand_num (from_num INT ,to_num INT) RETURNS INT(11)
BEGIN
  DECLARE i INT DEFAULT 0;
  SET i = FLOOR(from_num + RAND() * (to_num - from_num + 1)) ;
  RETURN i;
END //

DELIMITER ;

假如报错：This function has none of DETERMINISTIC ......，解释一下原因：

mysql> show variables like 'log_bin';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| log_bin       | ON    |
+---------------+-------+
1 row in set (0.01 sec)

mysql> 

1. 二进制日志的一个重要功能是用于主从复制，而存储函数有可能导致主从的数据不一致。
2. 所以当开启二进制日志后，参数log_bin_trust_function_creators就会生效，限制存储函数的创建、修改、调用。
3. 必须为我们的function指定一个参数或者开启允许创建函数：

set global log_bin_trust_function_creators=1;

• 创建插入模拟数据的存储过程

# 存储过程1：创建插入课程表存储过程
DELIMITER //

CREATE PROCEDURE insert_course( max_num INT )
BEGIN
  DECLARE i INT DEFAULT 0;
  SET autocommit = 0; #设置手动提交事务
  
  REPEAT #循环
    SET i = i + 1; #赋值
    INSERT INTO course (course_id, course_name ) VALUES (rand_num(10000,10100), rand_string(6));
  UNTIL i = max_num
  END REPEAT;
  
  COMMIT; #提交事务
END //

DELIMITER ;

# 存储过程2：创建插入学生信息表存储过程
DELIMITER //

CREATE PROCEDURE insert_stu( max_num INT )
BEGIN
  DECLARE i INT DEFAULT 0;
  SET autocommit = 0; #设置手动提交事务
  
  REPEAT #循环
    SET i = i + 1; #赋值
    INSERT INTO student_info (course_id, class_id ,student_id ,NAME )
    VALUES (rand_num(10000,10100),rand_num(10000,10200),rand_num(1,200000),rand_string(6));
  UNTIL i = max_num
  END REPEAT;
  
  COMMIT; #提交事务
END //

DELIMITER ;

• 调用存储过程

CALL insert_course(100);
CALL insert_stu(1000000);

3.2 适合创建索引的情况

• 字段的数值有唯一性的限制

1. 业务上具有唯一特性的字段，即使是组合字段，也必须建成唯一索引。（来源：Alibaba）
2. 说明：不要以为唯一索引影响了 insert 速度，这个速度损耗可以忽略，但提高查找速度是明显的。

• 频繁作为 WHERE 查询条件的字段

1. 某个字段在SELECT语句的 WHERE 条件中经常被使用到，那么就需要给这个字段创建索引了。尤其是在数据量大的情况下，创建普通索引就可以大幅提升数据查询的效率。
2. 比如student_info数据表（含100万条数据），假设我们想要查询 student_id=123110 的用户信息。

• 经常 GROUP BY 和 ORDER BY 的列

1. 索引就是让数据按照某种顺序进行存储或检索，因此当我们使用 GROUP BY 对数据进行分组查询，或者使用 ORDER BY 对数据进行排序的时候，就需要对分组或者排序的字段进行索引。
2. 如果待排序的列有多个，那么可以在这些列上建立组合索引。

• UPDATE、DELETE 的 WHERE 条件列

1. 对数据按照某个条件进行查询后再进行 UPDATE 或 DELETE 的操作，如果对 WHERE 字段创建了索引，就能大幅提升效率。
2. 原理是因为我们需要先根据 WHERE 条件列检索出来这条记录，然后再对它进行更新或删除。
3. 如果进行更新的时候，更新的字段是非索引字段，提升的效率会更明显，这是因为非索引字段更新不需要对索引进行维护。

• DISTINCT 字段需要创建索引

1. 有时候我们需要对某个字段进行去重，使用 DISTINCT，那么对这个字段创建索引，也会提升查询效率。
2. 索引会对数据按照某种顺序进行排序，查询出来的数据按照递增的顺序进行展示，所以在去重的时候也会快很多。

• 多表 JOIN 连接操作时，创建索引注意事项

1. 首先，连接表的数量尽量不要超过 3 张，因为每增加一张表就相当于增加了一次嵌套的循环，数量级增长会非常快，严重影响查询的效率。
2. 其次，对 WHERE 条件创建索引，因为 WHERE 才是对数据条件的过滤。如果在数据量非常大的情况下，没有 WHERE 条件过滤是非常可怕的。
3. 最后，对用于连接的字段创建索引，并且该字段在多张表中的类型必须一致。比如 course_id 在 student_info 表和 course 表中都为 int(11) 类型，而不能一个为 int 另一个为 varchar 类型。

mysql> SELECT s.course_id, s.name, s.student_id, c.course_name
    -> FROM student_info s JOIN course c
    -> ON s.course_id = c.course_id
    -> WHERE s.name = 'KtMHZa';
+-----------+--------+------------+-------------+
| course_id | name   | student_id | course_name |
+-----------+--------+------------+-------------+
|     10070 | KtMHZa |       6660 | erwjFx      |
+-----------+--------+------------+-------------+
1 row in set (0.29 sec)

mysql> ALTER TABLE `student_info` ADD INDEX(name);
Query OK, 0 rows affected (5.73 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

mysql> SELECT s.course_id, s.name, s.student_id, c.course_name
    -> FROM student_info s JOIN course c
    -> ON s.course_id = c.course_id
    -> WHERE s.name = 'KtMHZa';
+-----------+--------+------------+-------------+
| course_id | name   | student_id | course_name |
+-----------+--------+------------+-------------+
|     10070 | KtMHZa |       6660 | erwjFx      |
+-----------+--------+------------+-------------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> 

• 使用列的类型小的创建索引

1. 这里所说的类型小值意思是该类型表示的数据范围的大小（TINYINT、INT、BIGINT …）。
2. 尽量让索引列使用较小的类型，数据类型越小，索引占用的空间就越少，在一个数据页内就可以存下更多的记录，在查询时进行的比较操作越快。

• 使用字符串前缀创建索引

1. 注意：截取得多了，达不到节省索引存储空间的目的；截取得少了，重复内容太多，字段的散列度(选择性)会降低。
2. 要通过 count(distinct left(列名, 索引长度)) / count(*) 计算区分度来决定截取的长度，一般区分度达到 90% 即合格。

select
  count(distinct left(address,10)) / count(*) as sub10, -- 截取前10个字符的选择度
  count(distinct left(address,15)) / count(*) as sub11, -- 截取前15个字符的选择度
  count(distinct left(address,20)) / count(*) as sub12, -- 截取前20个字符的选择度
  count(distinct left(address,25)) / count(*) as sub13  -- 截取前25个字符的选择度
from shop;

• 其它情况

1. 区分度高(散列性高)的列适合作为索引；
2. 使用最频繁的列放到联合索引的左侧；
3. 在多个字段都要创建索引的情况下，联合索引优于单值索引；

3.3 不适合创建索引的情况

• 基本常识

1. 在where中使用不到的字段，不要设置索引；
2. 数据量小的表最好不要使用索引；
3. 有大量重复（高于10%）数据的列上不要建立索引；
4. 避免对经常更新的表创建过多的索引；
5. 不建议用无序的值作为索引，例如身份证、UUID(在索引比较时需要转为ASCII，并且插入时可能造成页分裂)、MD5、HASH、无序长字符串等；
6. 删除不再使用或者很少使用的索引；

• 不要定义冗余或重复的索引

1. 冗余索引

# 通过 idx_name_birthday_phone_number 索引就可以对 name 列进行快速搜索，再创建一
# 个专门针对 name 列的索引就算是一个 冗余索引 ，维护这个索引只会增加维护的成本，并不会对搜索有
# 什么好处。
CREATE TABLE person_info(
id INT UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
name VARCHAR(100) NOT NULL,
birthday DATE NOT NULL,
phone_number CHAR(11) NOT NULL,
country varchar(100) NOT NULL,
PRIMARY KEY (id),
KEY idx_name_birthday_phone_number (name(10), birthday, phone_number),
KEY idx_name (name(10))
);

2. 重复索引

# col1 既是主键、又给它定义为一个唯一索引，还给它定义了一个普通索引，可是主键本身就
# 会生成聚簇索引，所以定义的唯一索引和普通索引是重复的
CREATE TABLE repeat_index_demo (
col1 INT PRIMARY KEY,
col2 INT,
UNIQUE uk_idx_c1 (col1),
INDEX idx_c1 (col1)
);