mysql索引初識

文章是學習了林曉斌老師在極客時間的《mysql實戰45講》後，根據本身的理解整理而成的。

什麼是索引？

當咱們使用漢語字典查找某個字時，咱們會先經過拼音目錄查到那個字所在的頁碼，而後直接翻到字典的那一頁，找到咱們要查的字，經過拼音目錄查找比咱們拿起字典從頭一頁一頁翻找要快的多，數據庫索引也同樣，索引就像書的目錄，經過索引能極大提升數據查詢的效率。

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索引的實現方式

在數據庫中，常見的索引實現方式有哈希表、有序數組、搜索樹

• 哈希表
  哈希表是經過鍵值對（key-value）存儲數據的索引實現方式，能夠將哈希表想象成是一個數組，將索引經過哈希函數計算獲得該行數據在數組中的位置，而後將數據存到數組中，容易發現一個問題，若是兩個索引經過哈希函數計算後獲得的數組位置相同要怎麼辦？在這裏，數組的每一個value都是一個鏈表，鏈表上的每一個元素都是一個數據，新數據直接添加到鏈表尾部。
  
  因此數據庫查詢過程爲：索引經過哈希函數計算數據所在位置--> 遍歷指定位置的鏈表，找到知足條件的數據。
  要注意的是，鏈表上的數據元素不是有序的，每次有新數據加入時，新數據時直接添加到鏈表尾部，這樣作的好處是添加數據時很方便。
         哈希表不擅長進行區間查詢，通常都用於等值查詢
            一、兩個相鄰索引經過hash函數後計算獲得的數組位置不必定還保持相鄰
            二、鏈表上的數據是無序的
• 有序數組
  顧名思義，有序數組是按索引大小將數據保存在一個數組上，由於該數組是有序的，能夠經過二分法很容易查到位置，找到第一個位置後，經過向左/向右遍歷很容易獲得所求區間的數據。所以，不管是等值查詢仍是區間查詢，效率都極高。
  但缺陷也是顯而易見的，當向數組中間n位置插入一條數據時，需將n後面的數據所有日後移動，因此，這種索引通常用於靜態存儲引擎。
• 搜索樹

  二叉搜索樹：一棵空樹，或者是具備下列性質的二叉樹： 若它的左子樹不空，則左子樹上全部結點的值均小於它的根結點的值； 若它的右子樹不空，則右子樹上全部結點的值均大於它的根結點的值； 二叉搜索樹的左、右子樹也分別爲二叉搜索樹。
  平衡二叉樹：平衡二叉樹是在二叉搜索樹的基礎上引入的，指的是結點的左子樹和右子樹的深度差不超過1.
  多叉樹：每一個結點能夠有多個子結點，子節點的大小從左到右依次遞增。

當使用平衡二叉實現索引時，結構以下圖

從圖中可發現，每次查詢最多須要訪問4個節點必能獲得所要數據。例如查詢user2時，查詢過程爲：userA-->userC-->userF-->user2。
因此查詢速度很高，同時，由於搜索樹的特性（左子樹小於右子樹），區間查詢也很方便。
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若是搜索樹存於內存中，與多叉樹相比，二叉樹的搜索速率是最高的，但實際上數據庫使用的是n叉樹而不是二叉樹。

一、索引不只存於內存，仍是寫到磁盤上
二、搜索樹上的每一個結點在磁盤上表現爲一個數據塊
三、多叉樹每一個結點下能夠有多個子節點，因此存儲相同數據量時多叉樹的樹高比二叉樹小，查詢一個數據須要訪問的結點數更少，即查詢過程訪問更少的數據塊。查詢速度較高。

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innodb的索引模型

innodb使用B+樹做爲索引結構。
在B+樹中，咱們將節點分爲葉子結點和非葉子結點，非葉子結點上保存的是索引，並且一個節點能夠保存多個索引；數據所有存於葉子結點上,根據葉子結點的內容不一樣，innodb索引分爲主鍵索引和非主鍵索引。非主鍵索引也稱爲二級索引。
主鍵索引的葉子結點中保存的數據爲整行數據，而非主鍵索引葉子節點保存的是主鍵的值。

主鍵索引圖

非主鍵索引圖
經過主鍵索引查詢數據時，咱們只需查找主鍵索引樹即可以獲取數據；經過非主鍵索引查詢數據時，咱們先經過非主鍵索引樹查找到主鍵值，而後再在主鍵索引樹搜索一次，這個過程稱爲回表，也就是說非主鍵索引查詢會比主鍵查詢多搜索一棵樹。因此咱們應儘量使用主鍵查詢。

索引維護

添加新行時，將會在索引表上添加一條記錄，若是是索引遞增插入時，數據都是追加在當前最大索引以後，不會對樹中其餘數據形成影響；若是新加入的數據的索引值位於節點的中間，須要挪動部分節點的位置，從而保持索引樹的有序性。
並且，相鄰多個節點是存儲在同一個數據頁上的，此時，若是是在已經存儲滿狀態的數據頁中插入節點，會申請新的數據頁，將部分數據挪動到新的數據頁，這個過程稱爲頁分裂，頁分裂除了會影響性能，還會下降磁盤空間利用率。不規則數據插入時,會形成頻繁的頁分裂。

當相鄰兩個頁因爲刪除了數據，利用率很低以後，會將數據頁作合併

因此，通常狀況下會採用遞增主鍵，使新數據遞增插入。

使用業務邏輯字段作主鍵有什麼優缺點？

一、業務邏輯字段不容易保證索引樹結點有序插入，這樣寫入成本較高。
二、innodb默認使用整數類型做爲主鍵，主鍵長度較小，二級索引的葉子結點中保存的是主鍵值，主鍵長度越小，二級索引的葉子結點佔用空間也就越小。
三、固然，使用業務邏輯字段作主鍵也有好處，能夠避免回表，每次只需掃描一次主鍵索引樹便可
綜上，從性能和存儲空間方面考量，自增主鍵每每是更合理的選擇,當業務場景有且只有一個索引，並且該索引爲惟一索引時，此時更適合使用業務邏輯字段做爲主鍵。

由於數據修改/刪除、頁分裂等緣由，會致使數據頁空間利用率下降，此時，能夠考慮重建索引，將數據按順序插入，提升磁盤空間利用率。但重建主鍵索引和普通索引會有不一樣影響，重建普通索引，能夠達到提升空間利用率的目的，且不會對其餘索引形成影響，但若是重建主鍵索引就不合理了，會影響全部普通索引，性能影響較大，並且不管是新建/刪除主鍵，都會重建整張表。這時咱們可使用alter table T engine=InnoDB這個語句代替。

查看索引利用率

查看performance_schema.table_io_waits_summary_by_index_usage表