MySQL索引——總結篇

MySQL索引

• MySQL索引
  • 數據庫的三範式，反模式
  • 零碎知識
  • 索引
    • 索引原理
      • B Tree索引
      • B+Tree索引
    • B Tree 與 B+Tree的比較
    • 彙集索引和輔助索引
    • 彙集索引的注意事項
    • 索引的最左匹配特徵

數據庫的三範式，反模式

數據庫範式是爲了解決關係數據庫中數據冗餘、更新異常、插入異常、刪除異常等問題而引入的。數據範式能夠避免數據冗餘、節省空間、增長維護便利性

• 第一範式（原子性）
  強調屬性的原子性，要求屬性不可再分解

• 第二範式（惟一約束性）
  強調記錄的惟一約束性，表中必須有一主鍵，且非主鍵不能只依賴主鍵的一部分

• 第三範式（冗餘性約束）
  強調屬性的冗餘性約束，非主鍵列必須直接依賴於主鍵

• 反模式
  範式設計下，數據庫業務設計的表可能增多，涉及到多表聯合查詢，致使性能變差。所以，出於性能優先的考量，在數據庫結構中使用反模式的設計，利用空間換取時間，採用數據冗餘的方式避免多表聯合查詢。數據一致性的問題，可選擇儘量使數據達到用戶一致，保證系統一段時間的自我恢復和修正，最終達成一致。

零碎知識

• 數據類型

數值、日期、字符串

• 可變長度類型數據

可變長度類型中varchar(200)與varchar(50)存儲hello所佔空間相同，但前者在排序時會佔用更多內存

• 自增id刪除以後的記錄

InnoDB引擎只將當前自增主鍵的最大id存到內存中，重啓後可能會使最大id丟失；而MyISAM會將最大id記錄到數據文件中

• count 語句的統計

沒有where限定時，InnoDB的count(*)相對MyISM可能慢不少，由於InnoDB是實時統計。而MyISM維護了一個計數器

索引

• 優缺點

優勢：
提升檢索速度，下降IO成本
事前排序，下降查詢時CPU消耗
缺點：
增長存儲空間、下降表更新速度

• 使用場景
  小型表不建議使用，適用於中大型表；對特大型表索引的代價更大，可對數據庫表進行分區

• 索引的六種類型
  普通索引、惟一索引（惟一性）、主鍵索引（不容許爲空）、複合索引、外建索引、全文索引

• 索引建立原則
  出如今where語句後，而不是select；索引基數越大，效果越好；有時複合索引提升效率；過多索引會佔用磁盤空間；主鍵儘可能選取較短的數據類型；字符串索引應創建一個前綴長度，節省索引空間。

• 索引使用注意事項
  避免在where後面使用邏輯或表達式操做、使用OR鏈接條件

索引原理

默認使用B Tree索引

B Tree索引

以M路BTree結構爲例（M>=2，不然爲空樹）

1. 排序方式：全部節點都遞增排序
2. 子節點數：1<非葉子節點數<=M
3. 關鍵字數：ceil(M/2)-1 < 關鍵字數 < M-1
4. 葉子節點：全部子節點均在同一層，包換關鍵字及關鍵字記錄的地址（此外，也有指向其子節點的指針，值爲null）

B+Tree索引

對B Tree索引的一種優化，B+Tree中全部數據記錄節點都按照鍵值大小順序存放在同一層節點上，每一個非葉子節點都只存儲key值信息，這樣可大大增長每一個節點存儲的key值數量，下降樹的高度

1. 非葉子節點只記錄鍵信息
2. 全部葉子節點之間都有一個鏈指針
3. 數據記錄都放在葉子節點中

B Tree 與 B+Tree的比較

1. B+樹層級更少：B+樹每一個非葉子節點存儲的關鍵字更多，因此層級更少，查詢速度更快
2. B+樹查詢更穩定：B+樹全部關鍵字地址都存儲在葉子節點上，因此每次查找次數相同，查詢速度更穩定
3. B+樹具備自然的排序功能：B+樹全部葉子節點數據構成了一個有序鏈表，在查詢區間數據時更方便，數據緊密性高，緩存命中率也高
4. B+樹全局遍歷更快：B+樹只須要遍歷全部葉子節點，而不須要像B樹一層層進行遍歷
5. B數對根節點附近的數據訪問速度更快：由於B數非葉子節點自己存有關鍵字其數據地址

彙集索引和輔助索引

彙集索引（主鍵索引），其葉子節點存儲的數據是整行的具體數據；
輔助索引（二級索引），其葉子節點存的是整行數據對應的主鍵值，根據輔助索引查詢數據要通過兩步，即回表：

1. InnoDB 存儲引擎會遍歷輔助索引找到主鍵
2. 再經過主鍵在彙集索引中找到完整的行記錄數據

• 彙集索引的主鍵
  1. 定義主鍵時，InnoDB 存儲引擎會將其當作彙集索引
  2. 沒有定義主鍵時，InnoDB 存儲引擎會定位到第一個惟一索引，且改索引的全部列值均爲非空，將其當作彙集索引
  3. 沒有主鍵且沒有適合的惟一索引，InnoDB 存儲引擎產生一個ID值6字節的彙集索引

彙集索引的注意事項

1. 插入速度嚴重依賴插入順序，按照主鍵的順序插入是最快的方式，不然出現頁分裂 會影響性能。（所以，通常定義一個自增的Id做爲主鍵）
2. 更新主鍵會致使更新的行移動，所以通常定義主鍵爲不可更新
3. 二級索引訪問須要兩次查詢，第一次找到主鍵值，第二次找到行數據。（可是當查詢數據只有id和索引時，可一次查詢直接返回數據，即索引覆蓋）
4. 主鍵id建議使用整型。如此，主鍵索引的B+樹節點能夠存儲更多主鍵id，輔佐索引的B+樹節點能夠存儲更多主鍵id

索引的最左匹配特徵

當索引種類是複合索引時，B+樹經過從左往右創建搜索樹，即索引的最左匹配特徵