2023.12.11 关于 MySQL 索引详解

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基本概念

操作索引 

查看索引

创建索引

删除索引

 索引的数据结构

B+ 树

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基本概念

• MySQL 的索引是一种用于提高数据库检索效率的数据结构
• 类似于书籍的目录，可以帮助数据库系统快速定位并访问特定数据行
• 索引可以应用在数据库表的一个或多个列上，以加快查询和排序操作

总结：

• 本质上就是缩小扫描范围，以避免全表扫描，可以加快查找效率
• 进行数据库操作无非就是增、删、改、查
• 但是在多数场景中，查 的概率比 增、删、改 要多得多
• 所以在多数情况下，引入索引还是十分有必要的

负面影响：

• 索引提高查找效率的同时 也提高了 增、删、改的开销（此时进行增、删、改，就需要调整已经创建好的索引目录）
• 索引还提高了空间的开销（构造索引，需要额外的硬盘空间来保存）

建议：

• 不要随意添加索引，因为索引也是需要维护的
• 太多的花反而会降低系统的性能
• 建议通过主键查询，通过 unique 约束的字段进行查询，效率较高

操作索引 

• 创建一个 user 表

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查看索引

show index from user;

• 此处 user 表中的 id 字段为自增主键
• 所以 MySQL 数据库为 id 字段自动创建索引

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创建索引

• 此处我们给 user 表中的  name 字段创建索引，起名为 name_index

create index name_index on user(name);

• 查看我们刚创建的 name_index 索引

注意：

• 创建索引，最好是在表创建之初就把索引给搞好
• 否则如果针对一个表中已经有很多很多记录的表，来创建索引，是一个很危险的操作
• 因为这个时候会吃掉大量的磁盘 IO，花很长的时间（看数据量，几十分钟到几个小时）
• 在这段时间里，数据库是无法被正常使用的
• 在最开始涉及数据库的时候，即创建表的时候，就要规划好给哪些字段创建索引

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删除索引

• 此处我们将 user 表中的 name_index 索引删除

drop index name_index on user;

• 查看 user 表中的全部索引，发现 name_index 索引已删除

 索引的数据结构

• 索引的主要目的是为了加快查找速率

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哈希表

• 哈希表的时间复杂度为 O(1)
• 但是哈希表并不适合用作数据库的索引
• 因为哈希表只能比较相等，无法进行范围查询

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二叉搜索树

• 二叉搜索树的时间复杂度为 O(n)
• 时间复杂度考虑的是最坏情况，即单枝树，相当于一个链表
• 即使 二叉平衡树（AVL 树）、红黑树  的时间复杂度为 O(logN)，也并不适合用作数据库的索引
• 虽然可以进行范围查询
• 首先因为在删除或新增元素的时候 AVL 树或 红黑树 是要不断进行调整
• 其次二叉意味着当元素个数多了的时候，树的高度就会比较高，而树的高度就决定了查询的时候元素的比较次数
• 而数据库进行比较的时候都是要读取硬盘的，效率比较低

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B 树

• 每个节点上有多个值，同时有多个分叉，能够有效降低树的高度

如下图所示：

• 比较次数虽然没怎么减少，第一个节点上可能需要比较多次
• 但是读写硬盘的次数减少了（每个节点都是在硬盘上的）
• B 树 相对于二叉搜索树更适合做数据库索引
• 但是针对 索引这个场景，还是量身定做了一个 B+ 树的数据结构

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B+ 树

• B+ 树也是一种 N叉搜索树，每个节点上可能包含 N个 key
• N个 key 划分出 N个区间，最后一个  key 为所在区间的最大值
• 父元素的 key 会在子元素中重复出现，并且是以最大值出现的
• 这样的重复出现，导致叶子节点就包含了所有数据的全集，即 非叶子节点上的所有值都会在叶子节点中体现出来
• 会把叶子节点用类似于链表的方式，首尾相连

优势：

• 作为 N叉树搜索树，能有效降低高度，在比较的时候，减少了读写硬盘的次数（同B 树）
• 更适合范围查询
• 所有的查询都要落在叶子节点，无论查询哪个元素，中间比较的次数都差不多，查询操作比较均衡
• 对于 B树 来说，可能有的值查的快，有值的查的慢，十分不均衡了，即在根节点，或者深度不深的位置，查的快，而对于 B+树，大家都是一样的速度
• 由于 所有的 key 都会在叶子节点中体现，因此非叶子节点，不必存表的真实记录（数据行），数据库里的一条记录，是一行（有很多列，甚至几十列）
• 只需要把所有的数据行给放到叶子节点上即可，非叶子节点只需要存索引列的值（比如存个 id）

• 由于非叶子节点只存了简单 id 值，没有存整个数据行
• 因此大大降低了 非叶子节点 所占用的空间
• 由于非叶子节点的大小较小，相对于整个数据行而言，可以在内存中缓存更多的非叶子节点
• 提高查询速度，本质上就是在减少 读写硬盘的次数

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注意：

• 有的表不只是主键索引，别的非主键列也有可能有索引
• 这个情况会构造另一个 B+ 树
• 该 B+ 树非叶子节点中存的都是这一列的Key （比如学生姓名）
• 到了叶子节点这层，不是像主键列的索引一样 存完整的数据行，而是存 主键 id

总结：

• 使用主键列查询，只需查一次 B+ 树即可
• 如果使用非主键列索引查询，则需要先查一遍索引列的 B+ 树，再查一遍主键列的 B+ 树（回表）

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• 当前 B+ 树这个结构，只是针对 MySQL 的InnoDB 这个数据库引擎，里面所典型使用的数据结构
• 不同的数据库，不同的引擎，里面的存储数据的结构可能还存在差异