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  • 【MySQL】如何理解索引?

    索引概述

    什么是索引?

    在数据之外,DB还维护着满足特定查找算法的数据结构,这些数据结构以某种方式引用数据,在这个数据结构的基础上可以实现高级查找算法,它们就是索引。索引是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。

    当数据量很大的时候,索引对性能的影响很大。当数据量很小,负载很低的时候,不恰当的索引可能对性能的影响不明显,但是如果数据量很大,性能会急剧下降。

    一般来说索引本身也很大,不可能全部存在内存中,因此索引往往以索引文件的形式存储在磁盘上。如果没有指明,一般索引都是指B树(多路搜索树,不一定是二叉的)结构的索引。其中聚集索引、次要索引、复合索引、前缀索引、唯一索引默认都是使用B+树索引,统称索引。除了B+树索引还有哈希索引等。

    索引的工作过程是什么样的?

    示例:select * from emp where emp_id=1;如果emp_id有索引,则会使用索引找到emp_id为1的行。也就是MySQL先在索引上按值查找,然后返回所有包含该值的数据行。

    优势V.S.劣势

    • 优势:是提高检索的效率,降低数据库的IO成本。通过索引对数据进行排列,降低数据排序的成本,降低CPU的消耗。
    • 劣势:实际上索引也是一张表,保存了主键和索引字段,并指向实体表的记录,所以索引列也是要占空间的。虽然索引大大提高了查询速度,同时会降低更新表的速度。因为更新表还需要更新索引信息。索引只是提高效率的一个因素,对于大数据量的表,需要花时间研究简历优质的索引,才能实现真正的优化查询。

    索引的分类

    • 单值索引:一个索引只有一个列,一个表可以有多个单值索引
    • 唯一索引:索引列的值必须唯一,但允许有空值
    • 复合索引:一个索引有多个列。

    基本语法

    • 创建1:CREATE [UNIQUE] INDEX indexname ON table(columnname(length));
    • 创建2:ALTER table ADD [UNIQUE] INDEX[indexname] ON (columname(length));
    • 删除:DROP INDEX [indexname] ON table;
    • 查看:SHOW INDEX FROM table

    添加索引的四种方式:

    • ALTER TABLE tablename ADD PRIMARY KEY(columnname):添加一个主键,索引值必须唯一,且不能为空。
    • ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE indexname(columname):创建唯一索引,可以有多个null值。
    • ALTER TABLE tablename ADD INDEX indexname(columnname):添加普通索引,索引值可以出现多次。
    • ALTER TABLE tablename ADD FULLTEXT indexname(columnname):指定了索引为全文索引。

    MySQL的索引结构

    • B树索引:B树通常意味着所有的值都是按顺序存储的,且每个叶子页到根的距离相同。B树索引能够加快访问数据的速度,因为存储引擎不需要全表扫描来获取需要的数据,而是从索引的根节点开始搜索。根节点的槽种存放了指向子节点的指针,存储引擎根据这些指针向下查找。通过比较节点页的值和要查找的值来找到适合的指针,进入下层子节点。这些指针定义了子节点页种值的上限和下限,最终存储引擎要么找到了对应的值,要么记录不存在。
    • 哈希索引
    • 全文索引
    • R树索引

    什么时候需要创建索引?

    • 主键自动建立唯一索引
    • 频繁作为查询条件的字段
    • 查询种与其他表关联的字段,外键关系建立索引
    • 高并发一般倾向于创建组合索引
    • 查询中排序的字段(排序字段如果用索引去查会提高排序的速度)
    • 查询中统计或者分组的字段。

    什么时候不要创建索引?

    • 表中记录很少
    • 频繁更新的字段不适合创建索引
    • Where条件中用不到的字段不创建索引
    • 数据重复且分布平均的字段。如果数据列有很多重复项,建立索引没有太大效果

    索引的选择性是指索引列中不同值的数与表总数的比。索引的选择性越接近于1,索引的效率越高。

    性能分析

    MySQL中有专门优化select语句的优化器模块,可以通过计算分析系统收集到的统计信息,为Qurey提供其认为最优的执行计划。

    当MySQL得到一条Qurey请求,命令解析器模块会完成请求的分类,区分出是select语句并转发给MySQL Query Optimizer,优化器会先对整条语句进行优化,处理掉常量表达式的预算,换算成常量值,并对查询条件进行简化和转换,去掉一些无用或显而易见的条件,调整结构。然后分析Qurey的Hint信息,看显式Hint信息能否完全确定Quurey的执行计划。如果没有Hint或者信息不足完成,则会读取涉及对象的统计信息,根据Qurey进行相应的计算分析,然后得出最后的执行计划。

    MySQL的常见瓶颈:

    • CPU:一般在数据装入内存或从磁盘读取的时候可能会发生CPU饱和
    • IO:在装入数去大于内存容量的时候会发生磁盘IO瓶颈
    • 服务器硬件的性能:可以通过top、free、iostat、vmstat来查看

    EXPLAIN关键字

    查看执行计划:使用EXPLAIN关键字可以模拟优化器执行SQL查询语句,从而直到MySQL是如何处理你的SQL语句的。分析你的查询语句或是表结构的性能瓶颈。

     

     执行计划包含的信息:上图表头的字段

    • id是select查询的序列号,包含一组数字,表示查询中执行select子句或操作表的顺序。id相同表示执行顺序由上到下。如果是子查询,id的序号会递增,id越大的优先执行。
    • select_type:查询的类型,主要用于区别普通查询、联合查询、子查询等复杂查询。
      • SIMPLE:简单的select查询,不包含子查询或者union
      • PRIMARY:查询中如果包含任何复杂的子部分,最外层查询则被标记为PRIMARY
      • SUBQUERY:select或where中的子查询
      • DERIVED:在from列表中包含的子查询会被标记为DRIVED,MySQL会递归执行这些子查询,把结果放在临时表里。
      • UNION:若第二个SELECT出现在UNION之后,则被标记为UNION。若UNION包含在FROM子句的子查询中,外层的SELECT将被标记为DERIVED。
      • UNION_RESULT:从UNION表中获取结果的select
    • type:显式查询使用了何种类型,从最好到最差:SYSTEM>CONST>EQ_REF>REF>RANGE>INDEX>ALL。一般要保证查询至少达到range级别,最好达到ref级别。
      • SYSTEM:表只有一行记录(等于系统表),是CONST类型的特例,平时不会出现
      • CONST:表示通过索引一次就找到了,CONST用于比较primary key或者unique索引。因为只匹配一行数据,所以很快。如果将主键置于where列表,MySQL就能将该查询转换为一个常量。
      • EQ_REF:唯一性索引扫描,对于每个索引键,表中只有一条记录与之匹配,常见于主键或唯一索引扫描。
      • REF:非唯一性索引扫描,返回匹配某个单独值的所有行,本质也是索引访问,返回匹配某个单独值的行,可能找到多个行,属于查找和扫描的混合体。
      • RANGE:只检索给风范围的行,使用一个索引来选择行,key列显式使用了哪个索引,一般是where语句中出现了between、<、>、in等查询。只用扫描部分索引。
      • INDEX:只遍历索引树,快于ALL,因为索引文件通常比数据文件小,也就是说虽然all和index都是读全表,但是index是从索引中读取,而all是从硬盘读取。
      • ALL:遍历全表找到匹配行。
    • possible_keys:显示可能应用在这张表中的索引,一个或多个,查询涉及到的字段上若存在索引,则该索引将被列出,但不一定被查询实际使用。
    • key:实际使用的索引,如果是null,则没有使用索引。如果查询中出现了覆盖索引,则索引只出现在key表中。(查询的字段和索引字段完全匹配)
    • key_len:表示索引中使用的字节数,可查询中使用的索引的长度。在不损失精度的情况下,长度越短越好。显示的是最大可能长度而不是实际使用长度。根据表定义计算得到,而不是表内检索出来的
    • ref:显示索引的哪一列被使用了,如果可能的话,是一个常数。哪些列或常量被用于查找索引列上的值
    • rows:根据表统计信息及索引选用情况,大致估算出找到所需记录所需读取的行数。
    • extra:包含不适合在其他列显示但很重要的信息
      • Using filesort:说明mysql会对数据使用一个外部的索引排序,而不是按照表内的索引顺序进行读取,mysql无法利用索引完成的排序操作叫做文件排序【需要优化】
      • Using temporary:使用临时表保存中间结果,MySQL在对查询结果排序的时候使用临时表,常见于orderby和groupby。
      • Using index:标识select操作使用了覆盖索引(select的数据列只用从索引中就能取得,不必读取数据行,MySQL可以利用索引返回select列表中的字段,不必根据索引再次读取数据文件,查询列被所建的索引覆盖),避免访问表的数据行,如果同时出现using where表明索引被用来执行索引键值的查找。
      • Using where
      • Using index
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