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MySQL高频八股——索引

大家好,我是钢板兽!

今天来更新MySQL高频八股的最后一篇文章,包括很多内容:索引分类、最左匹配原则、范围查询使联合索引失效、索引下推、给联合查询加索引、索引失效情况。

在MySQL的第一篇八股文章,我写了MySQL的索引结构B+树,今天来重新学习一下索引。索引类似于书的目录,可以加快查询数据的定位速度,而无需遍历整个数据表。

1 索引分类

如果要将索引分类,会有很多分法:按字段特性分类、按底层数据结构分类、按数据存储方式分类。

索引分类

(1)按字段特性分类

  • 主键索引(PRIMARY KEY):表的主键字段上自动创建的索引,具有唯一性。每个表只能有一个主键索引,且不能为空(NOT NULL)。
  • 唯一索引(UNIQUE INDEX):某个字段(或字段组合)的值在表中是唯一的,但允许NULL(多个 NULL 视为不同值),适用于邮箱、身份证等唯一性字段。
  • 普通索引(INDEX):最基本的索引类型,没有唯一性限制,主要用于加速查询。
  • 联合索引(INDEX):由多个字段组合而成的索引,可加速多个字段的查询。
  • 全文索引(FULLTEXT INDEX):用于文本字段的全文搜索,支持自然语言查询。
  • 空间索引(SPATIAL INDEX):用于 地理信息数据,支持空间查询。

括号里的英文是创建索引要用的字段,比如要创建一个唯一索引:

CREATE UNIQUE INDEX unique_name ON students(name);

(2)按底层结构分类

按照索引的底层结构分类,其实在《MySQL高频八股—— MySQL的存储引擎及索引结构》这篇文章已经讲过了,我在文章里写了B+树作为索引的底层结构,相对于红黑树、哈希表等数据结构的优点。

这里简单介绍一下索引按照底层结构的分类。

  • ‌B+树索引:MySQL默认的索引类型,支持范围查询和排序操作。
  • ‌哈希索引(Hash Index):仅支持等值查询。
  • ‌R-Tree索引‌:用于空间数据,支持地理信息查询。

(3)按数据存储方式分类

  • 聚簇索引:数据和索引存储在一起,索引的非叶子节点存储主键,而叶子节点直接存储整行数据

    只有主键索引是聚簇索引。适用于主键查询,避免额外回表。

    回表是指回到原始表中根据主键去取完整数据。

  • 非聚簇索引:索引和数据分开存储,索引的非叶子节点存储索引列的值,而叶子节点存储的只是主键的地址(指向数据行的主键值)。

    查询非主键索引时,需要回表查询(即先查索引,再查主键)。

我觉得有必要深入了解一下聚簇索引,这有助于帮助我们明白MySQL中索引是怎么“起效”的。

聚簇索引在带来很多方便(由于无需回表所以查询主键很快,适合范围查询)的同时,也带来了一些缺点。

(1)插入数据会导致页分裂或和磁盘碎片化

由于聚簇索引的数据存储顺序与索引顺序一致,新插入的数据必须按照索引的顺序存放。如果新插入的数据的主键值是随机的(如 UUID、无序的整数),则新数据可能需要插入到 B+ 树的中间位置,而不是直接追加到末尾。这会导致页分裂(Page Split),MySQL 需要拆分已有数据页,以腾出空间放入新数据。频繁的页分裂会导致磁盘碎片化,数据分散存储,影响查询性能。

解决方案:使用自增主键,避免使用 UUID 或无序主键。

(2)主键变更代价高

在聚簇索引中,数据的物理存储顺序是按照主键排序的。如果更新了主键的值,MySQL 需要删除原来的数据行,插入一条新的数据行,重新组织 B+ 树索引结构。

解决方案:尽量避免更新主键字段,可以使用代理键(如 AUTO_INCREMENT 自增 ID),而不是业务字段作为主键。

2 联合索引的使用

刚才在索引的分类已经提到联合索引,联合索引是指一个索引包含多个字段。对于联合索引 (a, b, c),能够在多个列上进行索引查找,从而加速查询。

我们要知道的一点是,被索引的列会自动进行排序,包括单列索引和联合索引,只是联合索引的排序要复杂一些,会按照a、b、c依次排序。

这就意味着,(a,b,c)联合索引,是先按 a 排序,在 a 相同的情况再按 b 排序,在 b 相同的情况再按c排序。所以,b和c是全局无序,局部相对有序的。因此,联合索引的使用要遵循最左匹配原则。

联合索引的B+树结构,图源网络

如上图所示,索引 a 数据是全局有序的,而索引 b 数据是全局无序的,局部有序的(12,7 8,2,3,8,10,5,3),在同样的 a 数据情况下,索引 b 的数据是有序的。

2.1 最左匹配原则

联合索引的顺序非常关键,MySQL 会根据索引中字段的顺序,从左到右依次匹配查询条件中的字段。如果查询条件符合索引中的最左字段,则 MySQL 会使用该字段的索引来过滤数据。

假设有一个联合索引 (a, b, c)

  • 如果查询条件中包括 a,MySQL 会使用索引中 a 的部分。
  • 如果查询条件中同时包含 ab,MySQL 会利用索引中 (a, b) 部分。
  • 如果查询条件中包含 abc,MySQL 会完全利用索引 (a, b, c) 来加速查询。
  • 如果查询条件是 a = 1 AND c = 1,MySQL 只会利用 a 的部分使用索引,而不会使用 (a, c)

2.2 为什么范围查询会使联合索引失效

推荐阅读文章:https://blog.51cto.com/zhangxueliang/12684318。

范围查询是指查询条件中包含了某种不等式,比如 a > 1a <= 5a BETWEEN 1 AND 10 等。

来看一个范围查询的例子:

SELECT * FROM table WHERE a > 1 AND b = 2

(a,b)联合索引的B+树结构如下图(还是刚才那张表),我们刚才说过:当 a 数据相同时,b数据有序。

但是现在 a 数据是一个范围,而不是一个定值,所有 大于1 的 a 数据相对应的 b 数据自然就是无序的了,所以联合索引就失效了,只有 a 可以用到联合索引。

联合索引的B+树结构,图源网络

同样的,其他范围查询a <= 5a BETWEEN 1 AND 10 等也会使联合查询失效。

2.3 索引下推

索引下推(Index Condition PushDown,ICP)是 MySQL 5.6 版本后引入的优化功能。

索引下推是把本应该在 server 层进行筛选的条件,下推到存储引擎层来进行筛选判断,允许存储引擎在使用索引时,就直接执行查询条件的部分判断,减少回表的次数,提高查询效率。

例如,如果有一个查询条件 zipcode > '431200' AND month = 3,使用联合索引 (zipcode, month)

根据前面的范围查询会使联合索引失效,我们知道,zipcode > '431200' 会让联合索引失效,而在MySQL5.6版本之后,索引下推的引入使得查询可以走联合索引。

  • 在没有索引下推的情况下,存储引擎会首先用最左前缀索引查找 zipcode > '431200'的所有记录,然后逐一进行回表扫描,去聚簇索引找到完整的行记录返回给server层,最后server层再筛选非前缀条件 month = 3的记录。

  • 但在索引下推优化后,存储引擎 会在查找到 zipcode > '431200'的所有记录后,直接筛选 month = 3的记录,符合所有条件的数据才会被一一回表扫描。

索引下推通过大幅减少需要访问的数据页数量,来提高查询性能。

当然索引下推的生效也是有要求的(只能存在联合索引里),具体可以阅读这篇文章:https://blog.csdn.net/qq_42672839/article/details/134733197。

2.4 怎么给联合查询加索引

在实际的数据库设计中,以下是一些常见的查询场景和如何添加索引的例子:

  1. 查询:SELECT * FROM table WHERE a > 1 AND b = 2;

    (b, a) 创建联合索引。b = 2 是等值查询,b 在索引中排在最左侧,能够快速定位数据。索引 (b, a) 会首先利用 b = 2 来定位符合条件的记录,然后再根据 a > 1 来进一步筛选数据。

  2. 查询:SELECT * FROM table WHERE a = 1 ORDER BY b;

    • 解决方案:为 (a, b) 创建联合索引。 a = 1 是等值查询,首先会利用 a = 1 进行过滤,然后直接利用索引对 b 进行排序,MySQL 就不需要额外的排序操作,直接返回已经排序好的结果,
  3. 查询:SELECT * FROM table WHERE a > 1 ORDER BY b;

    • 解决方案:仅在 a 列上建立索引即可。 a > 1 是范围查询,在使用联合索引时,如果 a 是范围查询,那么 b 列的顺序就不再有意义,MySQL 会忽略 b 的排序优化。
  4. 查询:SELECT * FROM table WHERE a = 1 AND b = 2 AND c > 3 ORDER BY c;

    • 解决方案:为 (a, b, c) 创建联合索引。a = 1b = 2 都是等值查询,MySQL 会首先使用这两列的索引进行过滤,而 c > 3 是范围查询,虽然 c 的顺序不再被保持,但在索引中进行筛选仍然能够大幅提升查询效率。

3 索引失效情况

索引失效是 MySQL 查询优化时常见的问题,当索引无法被有效使用时,查询性能可能会大幅下降。

(1)不满足最左匹配原则

联合索引(复合索引) 必须按照索引字段的最左前缀开始匹配,否则索引无法有效使用,这点已经在上文讲过了。

(2)使用 SELECT *

SELECT * FROM employees WHERE name = 'Alice';

因为 SELECT * 需要所有字段,而索引 name 只包含部分字段,所以 MySQL 无法仅使用索引完成查询,必须回表。

所以最好使用索引覆盖查询(只查询索引列),避免回表:

SELECT name FROM employees WHERE name = 'Alice';

(3)索引列上有计算

SELECT * FROM employees WHERE salary / 2 = 5000;

MySQL 无法直接使用 salary 的索引,因为 salary / 2 需要计算,索引列的值无法直接匹配

所以要改写查询,让索引列保持原值:

SELECT * FROM employees WHERE salary = 5000 * 2;

(4)索引列使用了函数

SELECT * FROM employees WHERE UPPER(name) = 'ALICE';

UPPER(name) 使 name 索引失效,因为索引存储的是 name 的原始值。

所以我们要避免对索引列使用函数,或者在业务层实现函数的功能。

(5)字段类型不同

索引列和查询条件的数据类型不一致,可能导致隐式类型转换,进而导致索引失效。

表的字段如下:

CREATE TABLE employees (id INT PRIMARY KEY,name VARCHAR(50),salary INT
);

执行语句:

SELECT * FROM employees WHERE salary = '10000';

salaryINT 类型,而 '10000'VARCHAR,导致 MySQL 进行隐式转换

应当保持查询类型与索引列类型一致:

SELECT * FROM employees WHERE salary = 10000;

(6) LIKE 左边包含 %

SELECT * FROM employees WHERE name LIKE '%Alice%';

LIKE '%keyword' 不能使用 B+Tree 索引,因为 MySQL 无法确定字符串的开头,必须进行全表扫描。

所以我们要避免前导 %,可以使用后导 %

SELECT * FROM employees WHERE name LIKE 'Alice%';

或者使用 全文索引(FULLTEXT INDEX)

CREATE FULLTEXT INDEX idx_name ON employees(name);

(7)列对比

SELECT * FROM employees WHERE age = salary;

索引只能用于变量和常量对比。agesalary 都是变量,导致索引失效。

(8)OR 关键字

如果OR 连接的查询条件中,某个条件未使用索引,整个查询就会索引失效。

SELECT * FROM employees WHERE name = 'Alice' OR salary = 10000;

只有namesalary 都是索引时,索引才会生效,否则不会生效。

我们可以使用 UNION ALL 代替 OR,让每个查询使用索引:

SELECT * FROM employees WHERE name = 'Alice'
UNION ALL
SELECT * FROM employees WHERE salary = 10000;

(9)NOT INNOT EXISTS

MySQL 无法高效排除索引范围,导致索引失效,所以NOT INNOT EXISTS 会导致 MySQL 无法使用索引,必须执行全表扫描。

SELECT * FROM employees WHERE salary NOT IN (10000, 20000);

(10)ORDER BY 可能导致索引失效

索引必须匹配 ORDER BY 的顺序,否则索引可能无法使用。

SELECT * FROM employees ORDER BY salary DESC, name ASC;

salaryname 排序方向不一致,索引可能无法使用。


这篇文章到这里就结束啦,欢迎留言你对索引的见解。如果这篇文章对你有帮助,欢迎点赞、转发、留言

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目录 一、红外避障模块 概述 二、直接读取OUT引脚电平 三、使用中断方式触发 一、红外避障模块 概述 引脚解释&#xff1a; VCC接3.3V 或 5.0VGND接开发板的GNDOUT数字量输出(0或1&#xff09;; 低电平时表示前方有障碍 ; 通过可调电阻调整检测距离 产品特点&#xff1a; …...

第三天 开始Unity Shader的学习之旅之第二天的补充

Unity Shader的学习笔记 第三天 开始Unity Shader的学习之旅之第二天的补充 文章目录 Unity Shader的学习笔记前言一、Unity 提供的内置文件和变量1. 内置的包含文件2. UnityCG.cginc中的常用结构体 二、Unity 提供的Cg/HLSL语义1. 从应用阶段传递模型数据给顶点着色器时Unity…...

文献分享: ColXTR——将ColBERTv2的优化引入ColXTR

1. ColXTR \textbf{1. ColXTR} 1. ColXTR原理 1.1. ColBERTv2 \textbf{1.1. ColBERTv2} 1.1. ColBERTv2概述 1.1.1. \textbf{1.1.1. } 1.1.1. 训练优化 1️⃣难负样本生成 初筛&#xff1a;基于 BM-25 \text{BM-25} BM-25找到可能的负样本重排&#xff1a;使用 KL \text{KL} KL…...