1.前言

這次小編準(zhǔn)備用兩篇文章來和大家分享下mysql innodb的索引: mysql的基礎(chǔ)知識 和 基于索引的sql優(yōu)化 。

2. 什么是索引？

定義：索引是數(shù)據(jù)庫中用于快速查找數(shù)據(jù)的機(jī)制，本質(zhì)是某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它存儲著指向數(shù)據(jù)的指針，從而幫助數(shù)據(jù)庫跳過不必要的行，直接定位到目標(biāo)數(shù)據(jù)，減少掃描時(shí)間。

比如我們看<<三國演義>>劉備三顧茅廬這章，如果沒有目錄，我們就需要一篇一篇的翻書，要翻很久，因?yàn)椴恢涝跁哪囊豁?；但是如果有目錄，我們是不是先在目錄里面找到這章的目錄，這章的目錄對應(yīng)著正文的書頁，我們一下就可以翻到對應(yīng)的書頁，找到對應(yīng)的章節(jié)。目錄就類似于mysql的索引。

3. 為什么需要索引？

• 加速查詢：索引可以顯著減少數(shù)據(jù)庫檢索所需的時(shí)間。沒有索引時(shí)，數(shù)據(jù)庫會執(zhí)行全表掃描（讀取每一行），而索引讓數(shù)據(jù)庫只需要掃描部分?jǐn)?shù)據(jù)。
• 降低 I/O 負(fù)載：索引通過減少物理讀取的次數(shù)，從而減少 I/O 操作。在大型數(shù)據(jù)集上尤其明顯，特別是對于復(fù)雜查詢或多表連接（JOIN）的場景。
• 常見應(yīng)用場景：索引在以下場景中最有用：

WHERE 子句中的條件過濾。

ORDER BY 語句進(jìn)行排序時(shí)。

GROUP BY 語句進(jìn)行分組時(shí)。

多表 JOIN 操作時(shí)匹配外鍵或其他相關(guān)列。

4. 索引的類型

• 主鍵索引：主鍵是表中唯一標(biāo)識記錄的字段，通常自動創(chuàng)建索引。InnoDB 存儲引擎會將主鍵索引作為聚簇索引（Clustered Index），即數(shù)據(jù)的物理存儲順序和主鍵索引順序一致。
• 唯一索引：保證索引列中的所有值唯一性，類似于主鍵索引，但可以應(yīng)用于非主鍵字段。
• 普通索引：沒有唯一性要求的索引，用于加速查詢的非主鍵列。普通索引僅保證加速查找，沒有其他約束。
• 聯(lián)合索引（復(fù)合索引）：一個(gè)索引包含多個(gè)列，按照指定順序進(jìn)行索引。根據(jù)最左前綴原則，只要查詢的條件從左開始匹配列的順序，索引就可以生效。

5. 索引的結(jié)構(gòu)

• B-Tree 索引：MySQL 中最常見的索引結(jié)構(gòu)是 B-Tree，特別是 InnoDB 存儲引擎。B-Tree 索引通過一種平衡樹結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)查找時(shí)間復(fù)雜度為 O(log n)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲鍵值，并且有指向下層節(jié)點(diǎn)的指針。查詢通過層次結(jié)構(gòu)逐級縮小搜索范圍，從而快速定位目標(biāo)數(shù)據(jù)。
• 哈希索引：哈希索引基于哈希函數(shù)，將鍵值映射為固定大小的哈希值。其特點(diǎn)是查詢效率極高（O(1) 時(shí)間復(fù)雜度），但只適用于精確匹配的查詢。不支持范圍查詢（例如 <、> 操作），因此哈希索引不適合大多數(shù)通用場景。

這里強(qiáng)調(diào)一下：innodb只能創(chuàng)建B-Tree 索引，不支持哈希索引。即使創(chuàng)建的時(shí)候選擇的是哈希，實(shí)際創(chuàng)建之后的結(jié)果也是B-Tree，有興趣的同學(xué)可以試試，小編這里就不截圖了。

下面，小編用六條數(shù)據(jù)模擬下索引的結(jié)構(gòu)。首先看下表結(jié)構(gòu):

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然后表里面的數(shù)據(jù):

圖片

然后看下主鍵索引的結(jié)構(gòu),這里是小編根據(jù)索引的結(jié)構(gòu)自己畫的:

圖片

根據(jù)這個(gè)B+ 樹索引結(jié)構(gòu)圖，小編簡單的說下：

• 綠色: 綠色框框表示頁數(shù),之前已經(jīng)講過,數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)是以頁的方式存儲。
• 紅色: 紅色框框表示是否是索引還是數(shù)據(jù)行,1:索引;0:數(shù)據(jù)。
• B+樹的葉子節(jié)點(diǎn)存放的是完整的數(shù)據(jù)，非葉子節(jié)點(diǎn)存放的是索引數(shù)據(jù)。
• B+樹的子節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)，這里是只用4條數(shù)據(jù)模擬，多了難得畫。
• 葉子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)是有序的，根據(jù)主鍵id由小到大存儲，并且行與行，頁與頁之間是用雙向鏈表連接的。

二級索引

除了主鍵外，我們會根據(jù)查詢的字段，也去建立相應(yīng)的字段索引。小編這里就不畫圖了，二級索引的葉子節(jié)點(diǎn)放的是對應(yīng)的主鍵索引值。

回表

指的是 MySQL 在通過二級索引查找到符合條件的記錄后，還需要回到主鍵索引中去讀取額外的列數(shù)據(jù)。因?yàn)樗饕话糠至械男畔?，如果查詢中請求了索引中未包含的列，?shù)據(jù)庫就需要從主鍵索引中再次讀取完整的行數(shù)據(jù)。

比如user表中，我給name添加索引，我需要查詢name=小九這行數(shù)據(jù)的信息，因?yàn)槎壦饕菦]有完整的數(shù)據(jù)，所以mysql需要去主鍵索引里面找到對應(yīng)的完整數(shù)據(jù)返回。

覆蓋索引

指的是當(dāng)一個(gè)索引完全包含了查詢所需的所有列時(shí)，MySQL 不需要再回表，而是直接從索引中就可以返回結(jié)果。這種情況就稱為覆蓋索引。

比如user表中，我給name添加索引，我需要查詢name=小九這條數(shù)據(jù)的id，因?yàn)閕d在葉子節(jié)點(diǎn)已經(jīng)有了，直接就返回了結(jié)果，不需要去主鍵索引再次查詢。

覆蓋索引的優(yōu)勢：

性能提升：避免了回表，降低了 I/O 和查詢時(shí)間。減少表掃描：索引的存儲比表的數(shù)據(jù)量小得多，索引掃描比全表掃描快。

6. 總結(jié)

• 索引是提升查詢性能的關(guān)鍵工具，選擇合適的索引類型和合理優(yōu)化可以極大提高數(shù)據(jù)庫效率。
• 理解索引的類型和底層原理能夠幫助開發(fā)者在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫時(shí)做出明智的決策。