MySQL面试题-索引

1. 什么是索引?

索引是一种特殊的文件(InnoDB数据表上的索引是表空间的一个组成部分),它们包含着对数据表里所有记录的引用指针。

索引是一种数据结构。数据库索引,是数据库管理系统中一个排序的数据结构,以协助快速查询、更新数据库表中数据。索引的实现通常使用B树及其变种B+树。

更通俗的说,索引就相当于目录。为了方便查找书中的内容,通过对内容建立索引形成目录。索引是一个文件,它是要占据物理空间的。

2. 索引有哪些优缺点?

索引的优点

[if !supportLists]·     [endif]可以大大加快数据的检索速度,这也是创建索引的最主要的原因。

[if !supportLists]·     [endif]通过使用索引,可以在查询的过程中,使用优化隐藏器,提高系统的性能。

索引的缺点

[if !supportLists]·     [endif]时间方面:创建索引和维护索引要耗费时间,具体地,当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候,索引也要动态的维护,会降低增/改/删的执行效率;

[if !supportLists]·     [endif]空间方面:索引需要占物理空间。

3. 索引使用场景(重点)

where


上图中,根据id查询记录,因为id字段仅建立了主键索引,因此此SQL执行可选的索引只有主键索引,如果有多个,最终会选一个较优的作为检索的依据。

-- 增加一个没有建立索引的字段

alter table innodb1 add sex char(1);

--按sex检索时可选的索引为null

EXPLAIN SELECT * from innodb1 where sex='男';



可以尝试在一个字段未建立索引时,根据该字段查询的效率,然后对该字段建立索引(alter table 表名 add index(字段名)),同样的SQL执行的效率,你会发现查询效率会有明显的提升(数据量越大越明显)。

order by

当我们使用order by将查询结果按照某个字段排序时,如果该字段没有建立索引,那么执行计划会将查询出的所有数据使用外部排序(将数据从硬盘分批读取到内存使用内部排序,最后合并排序结果),这个操作是很影响性能的,因为需要将查询涉及到的所有数据从磁盘中读到内存(如果单条数据过大或者数据量过多都会降低效率),更无论读到内存之后的排序了。

但是如果我们对该字段建立索引alter table 表名 add index(字段名),那么由于索引本身是有序的,因此直接按照索引的顺序和映射关系逐条取出数据即可。而且如果分页的,那么只用取出索引表某个范围内的索引对应的数据,而不用像上述那取出所有数据进行排序再返回某个范围内的数据。(从磁盘取数据是最影响性能的)

join

对join语句匹配关系(on)涉及的字段建立索引能够提高效率

索引覆盖

如果要查询的字段都建立过索引,那么引擎会直接在索引表中查询而不会访问原始数据(否则只要有一个字段没有建立索引就会做全表扫描),这叫索引覆盖。因此我们需要尽可能的在select后只写必要的查询字段,以增加索引覆盖的几率。

这里值得注意的是不要想着为每个字段建立索引,因为优先使用索引的优势就在于其体积小。

4. 索引有哪几种类型?

主键索引: 数据列不允许重复,不允许为NULL,一个表只能有一个主键。

唯一索引: 数据列不允许重复,允许为NULL值,一个表允许多个列创建唯一索引。

[if !supportLists]·     [endif]可以通过 ALTER TABLE table_name

ADD UNIQUE (column); 创建唯一索引

[if !supportLists]·     [endif]可以通过 ALTER TABLE table_name

ADD UNIQUE (column1,column2); 创建唯一组合索引

普通索引: 基本的索引类型,没有唯一性的限制,允许为NULL值。

[if !supportLists]·     [endif]可以通过ALTER TABLE table_name

ADD INDEX index_name (column);创建普通索引

[if !supportLists]·     [endif]可以通过ALTER TABLE table_name

ADD INDEX index_name(column1, column2, column3);创建组合索引

全文索引:是目前搜索引擎使用的一种关键技术。

[if !supportLists]·     [endif]可以通过ALTER TABLE table_name

ADD FULLTEXT (column);创建全文索引

5. 索引的数据结构(b树,hash)

索引的数据结构和具体存储引擎的实现有关,在MySQL中使用较多的索引有Hash索引,B+树索引等,而我们经常使用的InnoDB存储引擎的默认索引实现为:B+树索引。对于哈希索引来说,底层的数据结构就是哈希表,因此在绝大多数需求为单条记录查询的时候,可以选择哈希索引,查询性能最快;其余大部分场景,建议选择BTree索引。

1)B树索引

mysql通过存储引擎取数据,基本上90%的人用的就是InnoDB了,按照实现方式分,InnoDB的索引类型目前只有两种:BTREE(B树)索引和HASH索引。B树索引是Mysql数据库中使用最频繁的索引类型,基本所有存储引擎都支持BTree索引。通常我们说的索引不出意外指的就是(B树)索引(实际是用B+树实现的,因为在查看表索引时,mysql一律打印BTREE,所以简称为B树索引)


查询方式:

主键索引区:PI(关联保存的时数据的地址)按主键查询,

普通索引区:si(关联的id的地址,然后再到达上面的地址)。所以按主键查询,速度最快

B+tree性质:

1.)n棵子tree的节点包含n个关键字,不用来保存数据而是保存数据的索引。

2.)所有的叶子结点中包含了全部关键字的信息,及指向含这些关键字记录的指针,且叶子结点本身依关键字的大小自小而大顺序链接。

3.)所有的非终端结点可以看成是索引部分,结点中仅含其子树中的最大(或最小)关键字。

4.)B+ 树中,数据对象的插入和删除仅在叶节点上进行。

5.)B+树有2个头指针,一个是树的根节点,一个是最小关键码的叶节点。

2)哈希索引

简要说下,类似于数据结构中简单实现的HASH表(散列表)一样,当我们在mysql中用哈希索引时,主要就是通过Hash算法(常见的Hash算法有直接定址法、平方取中法、折叠法、除数取余法、随机数法),将数据库字段数据转换成定长的Hash值,与这条数据的行指针一并存入Hash表的对应位置;如果发生Hash碰撞(两个不同关键字的Hash值相同),则在对应Hash键下以链表形式存储。当然这只是简略模拟图。


6. 索引的基本原理

索引用来快速地寻找那些具有特定值的记录。如果没有索引,一般来说执行查询时遍历整张表。

索引的原理很简单,就是把无序的数据变成有序的查询

[if !supportLists]1.   [endif]把创建了索引的列的内容进行排序

[if !supportLists]2.   [endif]对排序结果生成倒排表

[if !supportLists]3.   [endif]在倒排表内容上拼上数据地址链

[if !supportLists]4.   [endif]在查询的时候,先拿到倒排表内容,再取出数据地址链,从而拿到具体数据

7. 索引算法有哪些?

索引算法有 BTree算法和Hash算法

BTree算法

BTree是最常用的mysql数据库索引算法,也是mysql默认的算法。因为它不仅可以被用在=,>,>=,<,<=和between这些比较操作符上,而且还可以用于like操作符,只要它的查询条件是一个不以通配符开头的常量,例如:

-- 只要它的查询条件是一个不以通配符开头的常量

select * from user where name like 'jack%';

--

如果一通配符开头,或者没有使用常量,则不会使用索引,例如:

select * from user where name like '%jack';

[if !supportLineBreakNewLine]

[endif]

Hash算法

Hash

Hash索引只能用于对等比较,例如=,<=>(相当于=)操作符。由于是一次定位数据,不像BTree索引需要从根节点到枝节点,最后才能访问到页节点这样多次IO访问,所以检索效率远高于BTree索引。

8. 索引设计的原则?

[if !supportLists]1.   [endif]适合索引的列是出现在where子句中的列,或者连接子句中指定的列

[if !supportLists]2.   [endif]基数较小的类,索引效果较差,没有必要在此列建立索引

[if !supportLists]3.   [endif]使用短索引,如果对长字符串列进行索引,应该指定一个前缀长度,这样能够节省大量索引空间

[if !supportLists]4.   [endif]不要过度索引。索引需要额外的磁盘空间,并降低写操作的性能。在修改表内容的时候,索引会进行更新甚至重构,索引列越多,这个时间就会越长。所以只保持需要的索引有利于查询即可。

9. 创建索引的原则(重中之重)

索引虽好,但也不是无限制的使用,最好符合一下几个原则

1) 最左前缀匹配原则,组合索引非常重要的原则,mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配,比如a = 1 and b = 2 and c > 3

and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引,d是用不到索引的,如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到,a,b,d的顺序可以任意调整。

2)较频繁作为查询条件的字段才去创建索引

3)更新频繁字段不适合创建索引

4)若是不能有效区分数据的列不适合做索引列(如性别,男女未知,最多也就三种,区分度实在太低)

5)尽量的扩展索引,不要新建索引。比如表中已经有a的索引,现在要加(a,b)的索引,那么只需要修改原来的索引即可。

6)定义有外键的数据列一定要建立索引。

7)对于那些查询中很少涉及的列,重复值比较多的列不要建立索引。

8)对于定义为text、image和bit的数据类型的列不要建立索引。

10. 创建索引的三种方式,删除索引

第一种方式:在执行CREATE TABLE时创建索引

CREATE TABLE user_index2 (

      id INT auto_increment PRIMARY KEY,

      first_name VARCHAR (16),

      last_name VARCHAR (16),

      id_card VARCHAR (18),

      information text,

      KEY name (first_name, last_name),

      FULLTEXT KEY (information),

      UNIQUE KEY (id_card)

);

第二种方式:使用ALTER TABLE命令去增加索引

ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name(column_list);

[if !supportLineBreakNewLine]

[endif]

[if !supportLists]·     [endif]1

ALTER

TABLE用来创建普通索引、UNIQUE索引或PRIMARY KEY索引。

其中table_name是要增加索引的表名,column_list指出对哪些列进行索引,多列时各列之间用逗号分隔。

索引名index_name可自己命名,缺省时,MySQL将根据第一个索引列赋一个名称。另外,ALTER TABLE允许在单个语句中更改多个表,因此可以在同时创建多个索引。

第三种方式:使用CREATE INDEX命令创建

CREATE INDEX index_name ON table_name

(column_list);

CREATE

INDEX可对表增加普通索引或UNIQUE索引。(但是,不能创建PRIMARY KEY索引)

删除索引

根据索引名删除普通索引、唯一索引、全文索引:alter table 表名 drop KEY 索引名

alter table user_index drop KEY name;

alter table user_index drop KEY id_card;

alter table user_index drop KEY information;

删除主键索引:alter table 表名 drop primary key(因为主键只有一个)。这里值得注意的是,如果主键自增长,那么不能直接执行此操作(自增长依赖于主键索引):


需要取消自增长再行删除:

alter table user_index

-- 重新定义字段MODIFY id int,

drop PRIMARY KEY

但通常不会删除主键,因为设计主键一定与业务逻辑无关。

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