一篇文章搞定 MySQL 索引優化

本文主要討論MySQL索引的部分知識。將會從MySQL索引基礎、索引優化實戰和數據庫索引背後的數據結構三部分相關內容，下面一一展開（本文圖片可點開放大）。

1、MySQL索引基礎

首先，咱們將從索引基礎開始介紹一下什麼是索引，分析索引的幾種類型，並探討一下如何建立索引以及索引設計的基本原則。

此部分用於測試索引建立的user表的結構以下：

1. 什麼是索引？

「索引（在MySQL中也叫「鍵key」）是存儲引擎快速找到記錄的一種數據結構。」

——《高性能MySQL》

咱們須要知道索引實際上是一種數據結構，其功能是幫助咱們快速匹配查找到須要的數據行，是數據庫性能優化最經常使用的工具之一。其做用至關於超市裏的導購員、書本里的目錄。

2. 索引類型

可使用SHOW INDEX FROM table_name;查看索引詳情：

主鍵索引 PRIMARY KEY：它是一種特殊的惟一索引，不容許有空值。通常是在建表的時候同時建立主鍵索引。注意：一個表只能有一個主鍵。

惟一索引 UNIQUE：惟一索引列的值必須惟一，但容許有空值。若是是組合索引，則列值的組合必須惟一。能夠經過ALTER TABLE table_name ADD UNIQUE (column);建立惟一索引：

能夠經過ALTER TABLE table_name ADD UNIQUE (column1,column2);建立惟一組合索引：

普通索引 INDEX：這是最基本的索引，它沒有任何限制。能夠經過ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name (column);建立普通索引：

組合索引 INDEX：即一個索引包含多個列，多用於避免回表查詢。能夠經過ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name(column1,column2, column3);建立組合索引：

全文索引 FULLTEXT：也稱全文檢索，是目前搜索引擎使用的一種關鍵技術。能夠經過ALTER TABLE table_name ADD FULLTEXT (column);建立全文索引：

索引一經建立不能修改，若是要修改索引，只能刪除重建。可使用

DROP INDEX index_name ON table_name;刪除索引。

三、索引設計的原則

1）適合索引的列是出如今where子句中的列，或者鏈接子句中指定的列；

2）基數較小的類，索引效果較差，沒有必要在此列創建索引；

3）使用短索引，若是對長字符串列進行索引，應該指定一個前綴長度，這樣可以節省大量索引空間；

4）不要過分索引。索引須要額外的磁盤空間，並下降寫操做的性能。在修改表內容的時候，索引會進行更新甚至重構，索引列越多，這個時間就會越長。因此只保持須要的索引有利於查詢便可。

2、MySQL索引優化實戰

上面咱們介紹了索引的基本內容，這部分咱們介紹索引優化實戰。在介紹索引優化實戰以前，首先要介紹兩個與索引相關的重要概念，這兩個概念對於索引優化相當重要。

此部分用於測試的user表結構：

一、索引相關的重要概念

基數：單個列惟一鍵（distict_keys）的數量叫作基數。

SELECT COUNT(DISTINCT name),COUNT(DISTINCT gender) FROM user;

user表的總行數是5，gender列的基數是2，說明gender列裏面有大量重複值，name列的基數等於總行數，說明name列沒有重複值，至關於主鍵。

返回數據的比例：user表中共有5條數據：

SELECT * FROM user;

查詢知足性別爲0（男）的記錄數：

那麼返回記錄的比例數是：

同理，查詢name爲'swj'的記錄數：

返回記錄的比例數是：

如今問題來了，假設name、gender列都有索引，那麼SELECT * FROM user WHERE gender = 0; SELECT * FROM user WHERE name = 'swj';都能命中索引嗎？

user表的索引詳情：

SELECT * FROM user WHERE gender = 0;沒有命中索引，注意filtered的值就是上面咱們計算的返回記錄的比例數。

SELECT * FROM user WHERE name = 'swj';命中了索引index_name，由於走索引直接就能找到要查詢的記錄，因此filtered的值爲100。

所以，返回表中30%內的數據會走索引，返回超過30%數據就使用全表掃描。固然這個結論太絕對了，也並非絕對的30%，只是一個大概的範圍。

回表：當對一個列建立索引以後，索引會包含該列的鍵值及鍵值對應行所在的rowid。經過索引中記錄的rowid訪問表中的數據就叫回表。回表次數太多會嚴重影響SQL性能，若是回表次數太多，就不該該走索引掃描，應該直接走全表掃描。

EXPLAIN命令結果中的Using Index意味着不會回表，經過索引就能夠得到主要的數據。Using Where則意味着須要回表取數據。

2. 索引優化實戰

有些時候雖然數據庫有索引，可是並不被優化器選擇使用。咱們能夠經過SHOW STATUS LIKE 'Handler_read%';查看索引的使用狀況：

Handler_read_key：若是索引正在工做，Handler_read_key的值將很高。

Handler_read_rnd_next：數據文件中讀取下一行的請求數，若是正在進行大量的表掃描，值將較高，則說明索引利用不理想。

索引優化規則：

1）若是MySQL估計使用索引比全表掃描還慢，則不會使用索引。

返回數據的比例是重要的指標，比例越低越容易命中索引。記住這個範圍值——30%，後面所講的內容都是創建在返回數據的比例在30%之內的基礎上。

2）前導模糊查詢不能命中索引。

name列建立普通索引：

前導模糊查詢不能命中索引：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE name LIKE '%s%';

非前導模糊查詢則可使用索引，可優化爲使用非前導模糊查詢：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE name LIKE 's%';

3）數據類型出現隱式轉換的時候不會命中索引，特別是當列類型是字符串，必定要將字符常量值用引號引發來。

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE name=1;

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE name='1';

4）複合索引的狀況下，查詢條件不包含索引列最左邊部分（不知足最左原則），不會命中符合索引。

name,age,status列建立複合索引：

ALTER TABLE user ADD INDEX index_name (name,age,status);

user表索引詳情：

SHOW INDEX FROM user;

根據最左原則，能夠命中複合索引index_name：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE name='swj' AND status=1;

注意，最左原則並非說是查詢條件的順序：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status=1 AND name='swj';

而是查詢條件中是否包含索引最左列字段：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status=2 ;

5）union、in、or都可以命中索引，建議使用in。

union:

EXPLAIN SELECT*FROM user WHERE status=1

UNION ALL

SELECT*FROM user WHERE status = 2;

in:

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status IN (1,2);

or:

EXPLAIN SELECT*FROM user WHERE status=1OR status=2;

查詢的CPU消耗：or>in>union。

6）用or分割開的條件，若是or前的條件中列有索引，然後面的列中沒有索引，那麼涉及到的索引都不會被用到。

EXPLAIN SELECT * FROM payment WHERE customer_id = 203 OR amount = 3.96;

由於or後面的條件列中沒有索引，那麼後面的查詢確定要走全表掃描，在存在全表掃描的狀況下，就沒有必要多一次索引掃描增長IO訪問。

7）負向條件查詢不能使用索引，能夠優化爲in查詢。

負向條件有：!=、<>、not in、not exists、not like等。

status列建立索引：

ALTER TABLE user ADD INDEX index_status (status);

user表索引詳情：

SHOW INDEX FROM user;

負向條件不能命中緩存：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status !=1 AND status != 2;

能夠優化爲in查詢，可是前提是區分度要高，返回數據的比例在30%之內：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status IN (0,3,4);

8）範圍條件查詢能夠命中索引。範圍條件有：<、<=、>、>=、between等。

status,age列分別建立索引：

ALTER TABLE user ADD INDEX index_status (status);

ALTER TABLE user ADD INDEX index_age (age);

user表索引詳情：

SHOW INDEX FROM user;

範圍條件查詢能夠命中索引：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status>5;

範圍列能夠用到索引（聯合索引必須是最左前綴），可是範圍列後面的列沒法用到索引，索引最多用於一個範圍列，若是查詢條件中有兩個範圍列則沒法全用到索引：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status>5 AND age<24;

若是是範圍查詢和等值查詢同時存在，優先匹配等值查詢列的索引：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE status>5 AND age=24;

8）數據庫執行計算不會命中索引。

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE age>24;

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE age+1>24;

計算邏輯應該儘可能放到業務層處理，節省數據庫的CPU的同時最大限度的命中索引。

9）利用覆蓋索引進行查詢，避免回表。

被查詢的列，數據能從索引中取得，而不用經過行定位符row-locator再到row上獲取，即「被查詢列要被所建的索引覆蓋」，這可以加速查詢速度。

user表的索引詳情：

由於status字段是索引列，因此直接從索引中就能夠獲取值，沒必要回表查詢：

Using Index表明從索引中查詢：

EXPLAIN SELECT status FROM user where status=1;

當查詢其餘列時，就須要回表查詢，這也是爲何要避免SELECT*的緣由之一：

EXPLAIN SELECT * FROM user where status=1;

10）創建索引的列，不容許爲null。

單列索引不存null值，複合索引不存全爲null的值，若是列容許爲null，可能會獲得「不符合預期」的結果集，因此，請使用not null約束以及默認值。

remark列創建索引：

ALTER TABLE user ADD INDEX index_remark (remark);

IS NULL能夠命中索引：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE remark IS NULL;

IS NOT NULL不能命中索引：

EXPLAIN SELECT * FROM user WHERE remark IS NOT NULL;

雖然IS NULL能夠命中索引，可是NULL自己就不是一種好的數據庫設計，應該使用NOT NULL約束以及默認值。

a. 更新十分頻繁的字段上不宜創建索引：由於更新操做會變動B+樹，重建索引。這個過程是十分消耗數據庫性能的。

b. 區分度不大的字段上不宜創建索引：相似於性別這種區分度不大的字段，創建索引的意義不大。由於不能有效過濾數據，性能和全表掃描至關。另外返回數據的比例在30%之外的狀況下，優化器不會選擇使用索引。

c. 業務上具備惟一特性的字段，即便是多個字段的組合，也必須建成惟一索引。雖然惟一索引會影響insert速度，可是對於查詢的速度提高是很是明顯的。另外，即便在應用層作了很是完善的校驗控制，只要沒有惟一索引，在併發的狀況下，依然有髒數據產生。

d. 多表關聯時，要保證關聯字段上必定有索引。

e. 建立索引時避免如下錯誤觀念：索引越多越好，認爲一個查詢就須要建一個索引；寧缺勿濫，認爲索引會消耗空間、嚴重拖慢更新和新增速度；抵制惟一索引，認爲業務的惟一性一概須要在應用層經過「先查後插」方式解決；過早優化，在不瞭解系統的狀況下就開始優化。

3. 小結

對於本身編寫的SQL查詢語句，要儘可能使用EXPLAIN命令分析一下，作一個對SQL性能有追求的程序員。衡量一個程序員是否靠譜，SQL能力是一個重要的指標。做爲後端程序員，深覺得然。

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