目录
一、索引概念
二、MySQL与磁盘交互基本单位
三、知识预备
四、索引理解
1、建立测试表
2、插入多条记录
3、理解page
3.1、理解单个page
3.2、多个page
3.3、页目录
3.4、单页情况
3.5、多页情况
4、聚簇索引 VS 非聚簇索引
五、索引操作
1、创建主键索引
1.1、在创建表的时候,直接在字段名后指定 primary key
1.2、在创建表的最后,指定某列或某几列为主键索引
1.3、创建表以后再添加主键
1.4、主键索引的特点
2、唯一索引的创建
2.1、在表定义时,在某列后直接指定unique唯一属性
2.2、创建表时,在表的后面指定某列或某几列为unique
2.3、创建表以后再添加唯一属性
2.4、唯一索引的特点
3、普通索引的创建
3.1、在表的定义最后,指定某列为索引
3.2、创建完表以后指定某列为普通索引
3.3、创建一个索引名为 idx_name 的索引
3.4、普通索引的特点
4、全文索引的创建
5、查询索引
6、删除索引
6.1、删除主键索引
6.2、其他索引的删除
6.3、drop index 索引名 on 表名
7、索引创建原则
索引是通过改变存储数据的底层结构,优化算法达到提高查找效率的目的的。不用加内存,不用改程序,不用调sql,只要执行正确的 create index ,查询速度就可能提高成百上千倍。但是查询速度的提高是以插入、更新、删除的速度为代价的,这些写操作,增加了大量的IO。所以它的价值,在于提高一个海量数据的检索速度。
常见索引分为:
创建索引:
alter table 表 add index(字段);
MySQL 作为一款应用软件,可以想象成一种特殊的文件系统。它有着更高的IO场景,所以,为了提高基本的IO效率, MySQL 进行IO的基本单位是 16KB (后面统一使用 InnoDB 存储引擎讲解)。
16*1024=16384。
也就是说,磁盘这个硬件设备的基本单位是 512 字节,而 MySQL InnoDB引擎 使用 16KB 进行IO交互。即, MySQL 和磁盘进行数据交互的基本单位是 16KB 。这个基本数据单元,在 MySQL 这里叫做page(注意和系统的page区分,系统的page是物理内存的基本单位,大小为4KB)。
为什么MySQL和磁盘进行IO交互的时候,要采用Page的方案进行交互呢?用多少,加载多少不可以吗?
如上面的5条记录,如果MySQL要查找id=2的记录,第一次加载id=1,第二次加载id=2,一次一条记录,那么就需要2次IO。如果要找id=5,那么就需要5次IO。
但如果这5条(或者更多)都被保存在一个Page中(16KB,能保存很多记录),那么第一次IO查找id=2的时候,整个Page会被加载到MySQL的Buffer Pool中,这里完成了一次IO。但是往后如果在查找id=1,3,4,5等,完全不需要进行IO了,而是直接在内存中进行了。所以,就在单Page里面,大大减少了IO的次数。
用户下次找的数据有很大概率就在这个Page里面,因为有局部性原理。往往IO效率低下的最主要矛盾不是IO单次数据量的大小,而是IO的次数。
MySQL 中要管理很多数据表文件,而要管理好这些文件,就需要 先描述,在组织。我们目前可以简单理解成一个个独立文件是由一个或者多个Page构成的。
不同的 Page ,在 MySQL 中,都是 16KB ,使用 prev 和 next 构成双向链表。
因为有主键的问题, MySQL 会默认按照主键给我们的数据进行排序,从上面的Page内数据记录可以看出,数据是有序且彼此关联的。
为什么数据库在插入数据时要对其进行排序呢?我们按正常顺序插入数据不是也挺好的吗?
插入数据时排序的目的,就是优化查询的效率。
页内部存放数据的模块,实质上也是一个链表的结构,链表的特点也就是增删快,查询修改慢,所以优化查询的效率是必须的。
正式因为有序,在查找的时候,从头到后都是有效查找,没有任何一个查找是浪费的,而 且,如果运气好,是可以提前结束查找过程的。
我们在看书的时候,如果我们要看指定章节,找到该章节有两种做法:
针对上面的单页Page,我们也可以引入目录。
那么当前,在一个Page内部,我们引入了目录。比如,我们要查找id=4记录,之前必须线性遍历4次,才能拿到结果。现在直接通过目录2[3],直接进行定位新的起始位置,提高了效率。
所以 MySQL 通过键值自动排序是为了方便引入目录。
MySQL 中每一页的大小只有 16KB ,单个Page大小固定,所以随着数据量不断增大, 16KB 不可能存下所有的数据,那么必定会有多个页来存储数据。
在单表数据不断被插入的情况下, MySQL 会在容量不足的时候,自动开辟新的Page来保存新的数据,然后通过指针的方式,将所有的Page组织起来。
需要注意,上面的图,是理想结构,大家也知道,目前要保证整体有序,那么新插入的数据,不一定会在新Page上面,这里仅仅做演示。
这样,我们就可以通过多个Page遍历,Page内部通过目录来快速定位数据。可是,貌似这样也有效率问题,在Page之间,也是需要 MySQL 遍历的,遍历意味着依旧需要进行大量的IO,将下一个Page加载到内存,进行线性检测。这样就显得我们之前的Page内部的目录,有点杯水车薪了。
那么如何解决呢?解决方案,其实就是我们之前的思路,给Page也带上目录:
存在一个目录页来管理页目录,目录页中的数据存放的就是指向的那一页中最小的数据。有数据,就可通过比较,找到该访问那个Page,进而通过指针,找到下一个Page。
其实目录页的本质也是页,普通页中存的数据是用户数据,而目录页中存的数据是普通页的地址。
可是,我们每次检索数据的时候,该从哪里开始呢?虽然顶层的目录页少了,但是还要遍历啊?不用担心,可以再加目录页
至此,我们已经使用B+树给我们的表user构建完了主键索引。
随便找一个id=?我们发现,现在查找的Page数一定减少了,也就意味着IO次数减少了,那么效率也就提高了。
总结:
叶子节点保存有数据,非叶子节点没有。非叶子节点把所有的空间都用来保存目录项,以便管理更多的子page,所以这棵树一定是一颗矮胖型的树,这种树的特点是找到目标数据,只需要经过更少的page,减少了IO次数,提高了效率。这也是红黑树与AVL树不可以的原因,因为树太高了。
这个结构叫做mysql innode db 下的索引结构,被构建在MySQL的Buffer Pool缓冲区中。一般我们建表插入数据的时候,就是在该结构下进行CURD的。
数据结构演示链接:https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html。
MyISAM 存储引擎-主键索引。
MyISAM 引擎同样使用B+树作为索引结果,叶节点的data域存放的是数据记录的地址。下图为MyISAM表的主索引, Col1 为主键。
其中, MyISAM 最大的特点是,将索引Page和数据Page分离,也就是叶子节点没有数据,只有对应数据的地址。这种索引方式叫做非聚簇索引。
相较于 InnoDB 索引, InnoDB 是将索引和数据放在一起的,是聚簇索引。
MySQL 除了默认会建立主键索引外,我们用户也有可能建立按照其他列信息建立的索引,一般这种索引可以叫做辅助(普通)索引。
对于 MyISAM ,建立辅助(普通)索引和主键索引没有差别,无非就是主键不能重复,而非主键可重复。
下图就是基于 MyISAM 的 Col2 建立的索引,和主键索引没有差别:
同样, InnoDB 除了主键索引,用户也会建立辅助(普通)索引,我们以上表中的 Col3 建立对应的辅助索引如下图:
可以看到, InnoDB 的非主键索引中叶子节点并没有数据,而只有对应记录的key值。
所以通过辅助(普通)索引,找到目标记录,需要两遍索引: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。这种过程,就叫做回表查询。
InnoDB 针对这种辅助(普通)索引的场景,不给叶子节点也附上数据,因为太浪费空间
了。
create table user1(id int primary key, name varchar(30));
create table user2(id int, name varchar(30), primary key(id));
create table user3(id int, name varchar(30));
alter table user3 add primary key(id);
create table user4(id int primary key, name varchar(30) unique);
create table user5(id int primary key, name varchar(30), unique(name));
create table user6(id int primary key, name varchar(30));
alter table user6 add unique(name);
create table user8(id int primary key,
name varchar(20),
email varchar(30),
index(name) --在表的定义最后,指定某列为索引
);
create table user9(id int primary key, name varchar(20), email
varchar(30));
alter table user9 add index(name); --创建完表以后指定某列为普通索引
create table user10(id int primary key, name varchar(20), email
varchar(30));
-- 创建一个索引名为 idx_name 的索引
create index idx_name on user10(name);
当对文章字段或有大量文字的字段进行检索时,会使用到全文索引。MySQL提供全文索引机制,但是有要求,要求表的存储引擎必须是MyISAM,而且默认的全文索引支持英文,不支持中文。如果对中文进行全文检索,可以使用sphinx的中文版(coreseek)。
CREATE TABLE articles (
-> id INT UNSIGNED AUTO_INCREMENT NOT NULL PRIMARY KEY,
-> title VARCHAR(200),
-> body TEXT,
-> FULLTEXT (title,body)
-> )engine=MyISAM;
INSERT INTO articles (title,body) VALUES
('MySQL Tutorial','DBMS stands for DataBase ...'),
('How To Use MySQL Well','After you went through a ...'),
('Optimizing MySQL','In this tutorial we will show ...'),
('1001 MySQL Tricks','1. Never run mysqld as root. 2. ...'),
('MySQL vs. YourSQL','In the following database comparison ...'),
('MySQL Security','When configured properly, MySQL ...');
查询有没有database数据:
如果使用如下查询方式,虽然查询出数据,但是没有使用到全文索引:
可以用explain工具看一下,是否使用到索引:
mysql> explain select * from articles where body like '%database%'\G
key为null表示没有用到索引。
使用全文索引方式:
通过explain来分析这个sql语句:
key用到了title。
第一种方法: show keys from 表名:
mysql> show keys from test1\G
*************************** 1. row ***************************
Table: test1 <= 表名
Non_unique: 0 <= 0表示唯一索引
Key_name: PRIMARY <= 主键索引
Seq_in_index: 1
Column_name: id <= 索引在哪列
Collation: A
Cardinality: 0
Sub_part: NULL
Packed: NULL
Null:
Index_type: BTREE <= 以B+树形式的索引
Comment:
Index_comment:
1 row in set (0.00 sec)
第二种方法: show index from 表名:
mysql> show index from test2\G
*************************** 1. row ***************************
Table: test2
Non_unique: 0
Key_name: name
Seq_in_index: 1
Column_name: name
Collation: A
Cardinality: 0
Sub_part: NULL
Packed: NULL
Null: YES
Index_type: BTREE
Comment:
Index_comment:
1 row in set (0.00 sec)
第三种方法(信息比较简略): desc 表名:
alter table 表名 drop primary key;
alter table 表名 drop index 索引名;
索引名就是show keys from 表名中的 Key_name 字段。
mysql> drop index 索引名 on 表名;