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Mysql索引简明教程

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Java3y
发布2019-11-21 21:06:46
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发布2019-11-21 21:06:46
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文章被收录于专栏:Java3y

本文公众号来源:柳树的絮叨叨

作者:靠发型吃饭的柳树

在绝大多数情况下,Mysql索引都是基于B+树的,而索引可以提高数据查询的效率。

但是Mysql是如何利用B+树进行查询的呢?索引的作用只是提高查询效率吗?

Mysql中的B+Tree索引

假设有一张教师表,里面有教师编号、名字、学科、薪资四个字段。

当你执行下面这条创建索引的sql语句时:

代码语言:javascript
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create index id_name on teacher(name);

Mysql就会在磁盘中构建这样一颗B+树:

这样一棵树有什么用呢?首先当然是加速查询。

举个简单的例子,假设现在要查找名字为“Mozart”的教师的数据:

代码语言:javascript
复制
select * from teacher where name = "Mozart";

既然我们已经建立了B+树,那么就要好好利用它来加速查询,而不是傻傻的去遍历整张表。

从根节点开始,我们发现,根节点就是”Mozart”,不过很可惜,根节点上面只有name字段的信息,没有其他字段的数据。

这是B+树的一个特点——只有叶子节点(leaf nodes)会指向行数据。

我们比较了要查找的值和搜索码值,发现相等,于是跳到搜索码右边的指针指向的节点,也就是“Srinivasan”所在的节点(注意,这里的节点是指下图红色框画出的区域)。

接着,我们遍历当前节点的搜索码值,和要查找的值做比较。

我们发现“Srinivasan”已经大于我们要查找的”Mozart”了,于是就此止步,跟随着“Srinivasan”左边的指针,跳到下一级的节点。

接着,还是一样,我们继续遍历当前节点的搜索码值,和要查找的值做比较。

这时我们又碰到了一个搜索码值为”Mozart”的块,和上次不同的是,这次是在叶子节点找到的,而不是根节点。叶子节点的指针指向行数据。

于是,我们循着”Mozart”左边指针的指引,找到了”Mozart”的行数据。

当然,这只是最最简洁的描述,如果name没有加唯一索引,那么mysql还需要遍历下一个块,看看搜索码值是不是也是”Mozart”。另外,叶子节点也不会直接存储行数据的位置,而是存储聚簇索引(clustered index)的值,通过聚簇索引去找到数据的位置,这个在后面会解释。

通过上面的描述,大家大概对B+树的查找原则有了一定的了解:

  • 从节点最左边的搜索码值开始,向右遍历
  • 如果搜索码值大于被查找值,则跳到搜索码值左边指针指向的节点
  • 如果等于,则跳到右边指针指向的节点
  • 如果小于,则遍历下一个搜索码值
  • 如果遍历完了整个节点,还是没发现有大于等于被查找值的搜索码,则跳到该节点最后一个非空指针指向的节点
  • 不断循环,直到找到被查找值,或者发现被查找值不存在

作为测验,大家可以模拟上面查找”Mozart”的过程,试着查找”Brandt”和“El Said”。

复合索引

上面讲的只是单索引,那么如果是复合索引呢?

代码语言:javascript
复制
create index id_name_subject on teacher(name, subject);

一样的,只是这次的搜索码值,不再只是存放name一个字段,而是存放了name和subject两个字段。

熟悉Java的同学,可以理解为,之前只是一个字符串,现在变成了一个Object了。

之前只是单纯的字符串比较,现在是对象间的比较。

对象怎么比较呢?一项项来,如果前一项分不出胜负,那么再比下一项。

比较的顺序,就是你索引创建语句里写的顺序。

比如按照上面那条sql创建出来的索引,mysql会先比较name,如果name一样,再比较subject。

其他查找原则,和单索引一致。

最左前缀匹配

弄懂了单索引和复合索引的原理,再来理解Mysql中经常被提及的——最左前缀匹配(leftmost prefix),就轻松的多了。

什么是最左前缀匹配?简单说,就是你给一个表的a,b,c三个字段建了索引:

代码语言:javascript
复制
create index id_a_b_c on foo(a, b, c);

那么当你where条件是a或者a、b或者a、b、c时,都可以命中索引,除此之外,都不能命中索引,比如a、c,或者b、c等。

为什么?看看上面的单索引和复合索引就知道了。

有一个例外,当你select的字段里有复合索引里的字段,那么where语句不需要满足最左前缀匹配,Mysql也会走索引。

比如:

代码语言:javascript
复制
select a from foo where b = "xxx";

不过这时走索引不是为了加速查询(这时候索引对查询效率提升效果几乎没有),而是为了利用下面要讲的,覆盖索引,来减少对数据的检索。

覆盖索引

覆盖索引(covering index)的原理很简单,就像你拿到了一本书的目录,里头有标题和对应的页码,当你想知道第267页的标题是什么的时候,完全没有必要翻到267页去看,而是直接看目录。

同理,当你要select的字段,已经在索引树里面存储,那就不需要再去检索数据库,直接拿来用就行了。

还是上面的例子,你给a、b、c三个字段建了复合索引,那么对于下面这条sql,就可以走覆盖索引:

代码语言:javascript
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select b,c from foo where a = "xxx";

explain一下,你就会发现extra字段是“Using index”,或者使用explain FORMAT=JSON … ,输出一个json结果的结果,看“using_index”属性,你会发现是“true”,这都意味着使用到了覆盖索引。

Using index (JSON property: using_index) The column information is retrieved from the table using only information in the index tree without having to do an additional seek to read the actual row.

聚簇索引和二级索引

现在问一个问题,下面这条sql,会走覆盖索引吗?还是需要去磁盘再一次检索?

代码语言:javascript
复制
select id,b,c from foo where a = "xxx";

和上一条sql对比,这一次我们在select里头,加了一个字段,主键id。

有同学说,id不在复合索引里,B+树没有id的信息,只能再查一次数据库了。

非也,在上面介绍B+ tree时有提到过,叶子节点不会直接存储数据的位置,而是存储了聚簇索引(clustered index)的值,再通过聚簇索引,找到数据对应的位置。

那什么是聚簇索引呢?

Every InnoDB table has a special index called the clustered index where the data for the rows is stored.

简单说,聚簇索引就是用来存储行数据的位置的。

什么样的字段才可以作为聚簇索引?

那当然是要具有唯一性的字段,比如:

  • 主键
  • 唯一索引(unique index)所在字段

这两个都没有?没关系,mysql会给你建一个rowid字段,用它作为聚簇索引:

If the table has no PRIMARY KEY or suitable UNIQUE index, InnoDB internally generates a hidden clustered index named GEN_CLUST_INDEX on a synthetic column containing row ID values.

除了聚簇索引,mysql中的其他索引,都叫二级索引(secondary index),有时也翻译为“辅助索引”。

All indexes other than the clustered index are known as secondary indexes.

回到本小节开头的问题,虽然id不在复合索引里头,但是mysql里所有的二级索引的叶子节点,都会存储聚簇索引的信息,而id是主键,所以所有的叶子节点,都会有id的信息,因此还是可以走覆盖索引。

总结

这篇文章从一颗简单的B+树,引申出了Mysql中常见的几个索引概念:

  • 单索引(Column Indexes):当你为一个字段建了索引时,mysql默默种了一棵树。通过这颗树,可以实现高效的逐级查找。
  • 复合索引(Multiple-Column Indexes/Compound Indexes):跟单索引原理一致,比较的方式变了一下,从字符串比较变为对象比较。
  • 最左前缀匹配:一个理所当然的概念,只要你理解了上面两位。
  • 覆盖索引:有些信息已经在树里面了,就不必再麻烦磁盘老人家了。
  • 聚簇索引和二级索引:叶子节点不直接存储数据位置的信息,存储数据位置信息的,只有聚簇索引。

之所以写这篇文章,是因为上个星期组内分享时,大佬讲了一些关于Mysql执行优化的东西,比较高深,一下子发现了自己还有那么多知识盲点,于是恶补了一下Mysql。

这篇文章只是稍微对Mysql基于B+树的索引,做了稍微的延伸,还有很多好玩的没提及,比如:

  • 索引如何加速排序
  • Mysql的ICP(Index Condition Pushdown Optimization)
  • 索引的存储和缓存
  • 索引区分度和索引长度
本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2019-11-21,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • Mysql中的B+Tree索引
  • 复合索引
  • 最左前缀匹配
  • 覆盖索引
  • 聚簇索引和二级索引
  • 总结
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