漫谈MySQL十二-高性能的索引的优化之道

大家好，我是王老狮，正确地创建和使用索引是实现高性能查询的基础。前面我们已经了解了索引 相关的数据结构，各种类型的索引及其对应的优缺点。现在我们一起来看看如何真正地发挥这些索引的优势，以及常用的索引创建策略有哪些吧

索引的创建策略

策略一：索引列的类型尽量小

我们在定义表结构的时候要显式的指定列的类型，以整数类型为例，有TTNYINT 、NEDUMNT 、INT 、BIGTNT 这么几种，它们占用的存储空间依次递增， 我们这里所说的类型大小指的就是该类型表示的数据范围的大小。能表示的整数 范围当然也是依次递增，如果我们想要对某个整数列建立索引的话，在表示的整 数范围允许的情况下，尽量让索引列使用较小的类型，比如我们能使用 INT 就不 要使用 BIGINT ，能使用 NEDIUMINT 就不要使用 INT ，这是因为:

• 数据类型越小，在查询时进行的比较操作越快（CPU 层次)
• 数据类型越小，索引占用的存储空间就越少，在一个数据页内就可以放下 更多的记录，从而减少磁盘/0 带来的性能损耗，也就意味着可以把更多的数据 页缓存在内存中，从而加快读写效率。

这个建议对于表的主键来说更加适用，因为不仅是聚簇索引中会存储主键值， 其他所有的二级索引的节点处都会存储一份记录的主键值，如果主键适用更小的 数据类型，也就意味着节省更多的存储空间和更高效的 I/0。

策略二：索引选择性

创建索引应该选择选择性/离散性高的列。索引的选择性/离散性是指，不重 复的索引值（也称为基数，cardinality)和数据表的记录总数（N)的比值，范围从 1/N 到 1 之间。索引的选择性越高则查询效率越高，因为选择性高的索引可以让 MySQL 在查找时过滤掉更多的行。唯一索引的选择性是1，这是最好的索引选择性,性能也是最好的。

很差的索引选择性就是列中的数据重复度很高，比如性别字段，不考虑政治 正确的情况下，只有两者可能，男或女。那么我们在查询时，即使使用这个索引， 从概率的角度来说，依然可能查出一半的数据出来。

比如下面这个表：

哪列做为索引字段最好？当然是姓名字段，因为里面的数据没有任何重复， 性别字段是最不适合做索引的，因为数据的重复度非常高。

怎么算索引的选择性/离散性？比如 order_exp 这个表：

select    COUNT(DISTINCT order_no)/count(*) cnt from order_exp;

 select    COUNT(DISTINCT order_status)/count(*) cnt from order_exp;

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 很明显，order_no 列上的索引就比 order_status 列上的索引的选择性就要好，原 因很简单，因为 order_status 列中的值只有-1,0,1 三种。

策略三：前缀索引

有时候需要索引很长的字符列，这会让索引变得大且慢。一个策略是模拟哈希索引。

模拟哈希索引

order_exp  表中order_note 字段很长，想把它作为一个索引，我们可以增加 一个order_not_hash  字段来存储order_note 的哈希值，然后在order_not_hash 上 建立索引，相对于之前的索引速度会有明显提升，一个是对完整的 order_note 做索引，而后者则是用整数哈希值做索引，显然数字的比较比字符串的匹配要高效得多。

但是缺陷也很明显：

1. 需要额外维护order_not_hash 字段；
2. 哈希算法的选择决定了哈希冲突的概率，不良的哈希算法会导致重复值 很多；
3. 不支持范围查找。

还可以做些什么改进呢？还可以索引开始的部分字符，这样可以大大节约索引空间，从而提高索引效率。但这样也会降低索引的选择性。一般情况下我们需 要保证某个列前缀的选择性也是足够高的，以满足查询性能。（尤其对于 BLOB、 TEXT 或者很长的 VARCHAR 类型的列，应该使用前缀索引，因为 MySQL 不允许索 引这些列的完整长度）。

诀窍在于要选择足够长的前缀以保证较高的选择性，同时又不能太长（以便 节约空间) 。前缀应该足够长，以使得前缀索引的选择性接近于索引整个列。换 句话说，前缀的“基数”应该接近于完整列的“基数”。为了决定前缀的合适长度，可以找到最常见的值的列表，然后和最常见的前缀列表进行比较。

首先找到最常见的值的列表：

SELECT COUNT(*) AS cnt,order_note FROM order_exp GROUP BY order_note ORDER BY cnt DESC LIMIT 20;

 通过观察数据的分布，我们可以大胆的猜测，前 9 个字符的选择性不会太好， 从第 10 个开始应该还不错。试一试：

SELECT COUNT(DISTINCT LEFT(order_note,3))/COUNT(*) AS sel3,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note,4))/COUNT(*)AS sel4,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note,5))/COUNT(*) AS sel5,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 6))/COUNT(*) As sel6,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 7))/COUNT(*) As sel7,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 8))/COUNT(*) As sel8,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 9))/COUNT(*) As sel9,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 10))/COUNT(*) As sel10,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 11))/COUNT(*) As sel11,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 12))/COUNT(*) As sel12,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 13))/COUNT(*) As sel13,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 14))/COUNT(*) As sel14,

COUNT(DISTINCT LEFT(order_note, 15))/COUNT(*) As sel15,

COUNT(DISTINCT order_note)/COUNT(*) As total

FROM order_exp;

可以看见，从第 10 个开始选择性的增加值很高，随着前缀字符的越来越多， 选择度也在不断上升，但是增长到第 15 时，已经和第 14 没太大差别了，选择性 提升的幅度已经很小了，都非常接近整个列的选择性了。

那么针对这个字段做前缀索引的话，从第 13 到第 15 都是不错的选择，甚至 第 12 也不是不能考虑。当然不找到最常见的值的列表，直接计算前缀字符选择 性也是可以的。

在上面的示例中，已经找到了合适的前缀长度，如何创建前缀索引:

ALTER TABLE order_exp ADD KEY (order_note(14));

建立前缀索引后查询语句并不需要更改：

select * from order_exp where order_note = 'xxxx' ;

前缀索引是一种能使索引更小、更快的有效办法，但另一方面也有其缺点 MySQL 无法使用前缀索引做 ORDER BY 和 GROUP BY ，也无法使用前缀索引做覆 盖扫描。

有时候后缀索引 (suffix index)也有用途（例如，找到某个域名的所有电子邮 件地址) 。MySQL 原生并不支持反向索引，但是可以把字符串反转后存储，并基于此建立前缀索引。可以通过触发器或者应用程序自行处理来维护索引。

策略四:只为用于搜索、  排序或分组的列创建索引

也就是说，只为出现在 WHERE子句中的列、连接子句中的连接列创建索引， 而出现在查询列表中的列一般就没必要建立索引了，除非是需要使用覆盖索引； 又或者为出现在 ORDER BY 或 GROUP BY 子句中的列创建索引，这句话什么意思呢？比如：

SELECT * FROM order_exp ORDER BY insert_time, order_status,expire_time;

查询的结果集需要先按照 insert_time 值排序，如果记录的 insert_time 值相同，则需要按照 order_status 来排序，如果 order_status 的值相同，则需要按照 expire_time 排序。回顾一下联合索引的存储结构，u_idx_day_status 索引本身就 是按照上述规则排好序的，所以直接从索引中提取数据，然后进行回表操作取出 该索引中不包含的列就好了。

当然 ORDER BY 的子句后边的列的顺序也必须按照索引列的顺序给出，如果 给出 ORDER BY order_status,expire_time, insert_time 的顺序，那也是用不了 B+树 索引的，原因不用再说了吧。

SELECT insert_time, order_status,expire_time,count(*) FROM order_exp GROUP BY insert_time, order_status,expire_time;

这个查询语句相当于做了 3 次分组操作：

• 先把记录按照 insert_time 值进行分组，所有 insert_time 值相同的记录划分 为一组。
• 将每个 insert_time 值相同的分组里的记录再按照 order_status 的值进行分组， 将 order_status 值相同的记录放到一个小分组里。
• 再将上一步中产生的小分组按照expire_time 的值分成更小的分组。
• 然后针对最后的分组进行统计，如果没有索引的话，这个分组过程全部需要 在内存里实现，而如果有了索引的话，恰巧这个分组顺序又和我们的u_idx_day_status 索引中的索引列的顺序是一致的，而我们的 B+树索引又是按照 索引列排好序的，这不正好么，所以可以直接使用 B+树索引进行分组。

和使用 B+树索引进行排序是一个道理，分组列的顺序也需要和索引列的顺序一致。

策略五:多列索引

很多人对多列索引的理解都不够。一个常见的错误就是，为每个列创建独立的索引，或者按照错误的顺序创建多列索引。

我们遇到的最容易引起困惑的问题就是索引列的顺序。正确的顺序依赖于使 用该索引的查询，并且同时需要考虑如何更好地满足排序和分组的需要。反复强 调过，在一个多列 B-Tree 索引中，索引列的顺序意味着索引首先按照最左列进 行排序，其次是第二列，等等。所以，索引可以按照升序或者降序进行扫描，以 满足精确符合列顺序的 ORDER BY 、GROUP BY 和 DISTINCT 等子句的查询需求。

所以多列索引的列顺序至关重要。对于如何选择索引的列顺序有一个经验法则：将选择性最高的列放到索引最前列。当不需要考虑排序和分组时，将选择性最高的列放在前面通常是很好的。这时候索引的作用只是用于优化 WHERE条件的查找。在这种情况下，这样设计的索引确实能够最快地过滤出需要的行，对于 在 WHERE 子句中只使用了索引部分前缀列的查询来说选择性也更高。

然而，性能不只是依赖于索引列的选择性，也和查询条件的有关。可能需要根据那些运行频率最高的查询来调整索引列的顺序，比如排序和分组，让这种情 况下索引的选择性最高。

同时，在优化性能的时候，可能需要使用相同的列但顺序不同的索引来满足 不同类型的查询需求。

策略六：主键是很少改变的列

我们知道，行是按照聚集索引物理排序的，如果主键频繁改变(update) ，物 理顺序会改变,MySQL 要不断调整 B+树，并且中间可能会产生页面的分裂和合 并等等，会导致性能会急剧降低。

策略七：避免冗余和重复索引

MySQL 允许在相同列上创建多个索引，无论是有意的还是无意的。MySQL需要单独维护重复的索引，并且优化器在优化查询的时候也需要逐个地进行考虑， 这会影响性能。重复索引是指在相同的列上按照相同的顺序创建的相同类型的索 引。应该避免这样创建重复索引，发现以后也应该立即移除。

有时会在不经意间创建了重复索引，例如下面的代码:

CREATE TABLE test (
ID INT NOT NULL PRIMARY KEY,
A INT NOT NULL,
B INT NOT NULL,
UNIQUE(ID),
INDEX(ID)
) ENGINE=InnoDB;

这里创建了一个主键，又加上唯一限制，然后再加上索引以供查询使用。事 实上，MySQL 的唯一限制和主键限制都是通过索引实现的，因此，上面的写法实 际上在相同的列上创建了三个重复的索引。通常并没有理由这样做，除非是在同 一列上创建不同类型的索引来满足不同的查询需求。

冗余索引和重复索引有一些不同。如果创建了索引(A B) ，再创建索引(A)就 是冗余索引，因为这只是前一个索引的前缀索引。因此索引(AB)也可以当作索引 (A)来使用（这种冗余只是对 B-Tree 索引来说的) 。但是如果再创建索引 (B,A) ， 则不是冗余索引，索引(B)也不是，因为 B 不是索引(A,B)的最左前缀列。

已有的索引(A)，扩展为(A ，ID)，其中 ID 是主键，对于 InnoDB 来说主键列已 经包含在二级索引中了，所以这也是冗余的。

解决冗余索引和重复索引的方法很简单，删除这些索引就可以，但首先要做 的是找出这样的索引。可以通过写一些复杂的访问 INFORMATION_SCHEMA 表的 查询来找。

策略八：删除未使用的索引

除了冗余索引和重复索引，可能还会有一些服务器永远不用的索引。这样的 索引完全是累赘，建议考虑删除。