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    數據庫,從B+樹講到索引優化,聽不明白你找我

    時間:2020-07-23 23:28:02      閱讀:67      評論:0      收藏:0      [點我收藏+]

    標簽:數據庫管理   必須   排序   定義   view   快速   沒有   數據庫優化   表示   

    一、什么是索引

    在進行索引之前,我們先提前復習一下數據庫的結構

    技術圖片

     

    數據庫索引,是數據庫管理系統中一個排序的數據結構,以協助快速查詢、更新數據庫表中數據。就像我們以前用的新華字典的目錄一樣,能幫助我們快速查詢到某一個字。

    具體的來看一下

    技術圖片

     

    二、索引的分類

    分類角度索引名稱數據結構B+樹,Hash索引,R-Tree等存儲層面聚簇索引,非聚簇索引邏輯層面主鍵索引,普通索引,復合索引,唯一索引,空間索引等

    這樣說有點不明白?圖解奉上

    技術圖片

     

    還不明白,沒關系,這么看圖確實有點抽象,那我們就來看一下實例

    三、索引實例分析(以InnoDB為例)

    3.1 InnoDB下索引的結構

    InnoDB下,表都是根據主鍵順序以索引的形式存放的,這種數據存儲方式也被稱為聚簇索引,“聚簇”就是表示數據行和相鄰的鍵值緊湊的存儲在一起,也就是數據行實際上是存儲在索引的葉子頁中。我們創建一張表來實際說明下InnoDB下的索引結構,建表語句如下:

    create table person(
    id int primary key,
    age int not null
    index (age)engine=InnoDB;

    然后我們插入五條數據分別為(1,15),(2,17),(6,20),(10,18),(19,21),索引的樹結構如下:

    技術圖片

     

    上圖中展示了兩部分內容,第一個圖為聚簇索引(主鍵索引)的內容,可以看到,數據按照Id的大小排序,對應的索引會包含該索引的整行數據。

    第二個圖展示了用age做索引的索引結構圖,也就是非聚簇索引(非主鍵索引),可以看到索引以年齡排序,但是和主鍵索引不同的是,年齡索引對應的卻是Id,所以我們可以知道非主鍵索引記錄的內容就是主鍵索引的值。

    這里可能有同學會有疑問,如果我建表的時候沒有指定主鍵的話,索引結構又是如何的呢?其實在InnoDB中,如果沒有定義主鍵,那么他會選擇一個唯一的非空索引代替。如果沒有這樣的索引,那么他會隱式的定義一個主鍵來作為聚簇索引。所以無論你是否設置主鍵,InnoDB還是會幫你滿足以上圖的形式來索引數據。接下來我們分析下索引查詢的流程。

    3.2 索引查詢分析

    假設我們執行一條查詢語句 select * from person where ID = 6 ,因為直接使用的是主鍵ID查詢,所以就會用主鍵索引,由于主鍵索引直接關聯了整行所有數據,所以,引擎只要執行一次就能查詢出結果。

    如果執行的sql語句是非主鍵索引

    select * from person where age = 18

    上述語句會走age的普通索引,索引先根據age搜索等于18的索引記錄,找到ID=10的記錄,然后再到主鍵索引搜索一次,然后拿出需要查詢的數據。

    從普通索引查出主鍵索引,然后查詢出數據的過程叫做回表。由于回表需要多執行一次查詢,這也是為什么主鍵索引要比普通索引要快的原因,所以,我們要盡量使用主鍵查詢。

    3.3 覆蓋索引

    我們通常創建索引的依據都是根據查詢的where條件,但是這只是我們通常的做法,我們根據上面的分析可以知道,如果要想查詢效率高,第一,使用主鍵索引,第二,避免回表,也就是盡可能的在索引中就能獲取想要的數據。如果一個索引包含了需要查詢的字段,那么我們就叫做“覆蓋索引”。

    那么如何建立一個覆蓋索引呢?答案是通過聯合索引來實現,通過聯合索引的字段來覆蓋要查詢的字段,從而達到索引覆蓋的效果。

    我們把上面的建表語句改造下,來分析下如何實現覆蓋索引。

     CREATE TABLE `person` (
    `id` int(11) NOT NULL,
    `age` int(11) DEFAULT NULL,
    `name` varchar(20) DEFAULT NULL,
    `sex` varchar(1) DEFAULT NULL,
    PRIMARY KEY (`id`),
    KEY `name_age` (`name`,`age`)
    ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1;

    上面我創建了一個name和age的聯合索引,索引結構圖表示如下:

    技術圖片

     

    我們根據圖可以知道,聯合索引是和創建索引字段順序有關的,上面這個例子就是先以name排序,然后name相同再以age為標準排序。那么我們建表后該如何達到覆蓋索引的效果呢?相信有些同學已經知道了怎么寫sql可以達到覆蓋索引效果,sql如下:

    select name,age from person where name = "Barry"

    因為我們需要查詢的字段name和age,都在索引中可以直接查詢到了,所以不需要查找到主鍵ID,然后再回表了。

    看到這里,肯定有同學會說,既然這樣的話,我把所有需要查詢的字段組合都建上聯合索引不就行了嗎?答案是:不行。因為索引也是需要消耗空間的,而且維護索引也是需要成本的,這一點我會在后面的優缺點中提到。那么有沒有別的方式可以盡可能的實現不回表的效果呢?這里我們就要引入MySql的最左前綴原則了。

    什么叫最左前綴原則呢?就是在索引的匹配中,可以以索引的最左N個字段,也可以是字符串索引的最左N個字符。比如在上圖中,要查詢以A開頭的名字,查詢語句就是

    select name from person where name like ‘A%‘

    這個時候就可以滿足最左前綴規則來使用索引查詢了,這里就會依賴索引查詢到第一個首字母是A的名字,然后向后遍歷,直到不滿足條件為止。

    那么最左N個字段是什么意思呢?意思就是索引(name,age),可以直接利用 name來當做單獨索引使用,可以只使用聯合索引的部分字段,但是必須是順序一致,比如索引(a,b,c),如果要想使用最左前綴規則,可以使用索引a,ab。

    我們也可以利用該規則來少維護一個或多個索引,比如我們需要 a,ab,abc的查詢,那就只需要(a,b,c)聯合索引就滿足要求了。

    3.4 索引下推

    在MySql 5.6版本中引入了一個新特性,叫做“索引條件推送(index condition pushdown)”,這也稱為索引下推。那么索引下推是這個什么東東呢?其實從“索引條件推送”這個名字就可以表明,這個特性是可以在索引中的字段進行條件判斷,然后過濾不滿足條件的記錄,減少回表的次數。

    比如以上圖中的數據為準,sql如下:

    select * from person where name like ‘A%‘ and age =19;

    那么如果沒有索引下推的情況下,首先會根據索引查詢出名字以A開頭的所有記錄,然后查詢出ID,然后回表去查詢對應的ID記錄,最后再判斷age=19,返回滿足條件的語句。因為滿足A開頭的記錄有2條,所以這種情況下,會回表2次。

    在索引下推情況下,InnoDB會在索引內部直接判斷age=19是否滿足條件,過濾掉不滿足條件的記錄,所以只返回了一條,也就是只需要回表一次。從而提高了性能。

    3.5 索引的優點與缺點

    說了這么多關于索引的內容,我們來談談索引的優缺點。

    優點:

    • 減少服務器需要掃描的數據量
    • 索引可以幫助服務器避免排序和臨時表
    • 索引可以將隨機IO變為順序IO

    缺點

    • 索引會占用額外的存儲空間
    • 索引的維護需要一定的成本,插入數據后需要保證原來的索引有序,所以也會影響一定的數據庫性能。

    所以在優化方面,索引優化算是數據庫優化中很重要的一個環節,這里因為篇幅原因我就不一一詳解了,相關的內容我已經完整整理成思維導圖,每一個方面整理的都很詳細

    技術圖片

     

    需要這份優化思維導圖以及上面的知識圖的老鐵,添加小助手:msbxq2020免費獲取,同步的還有相關的視頻講解以及學習文檔,還不快點行動

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    原文地址:https://www.cnblogs.com/bwscode/p/13368526.html

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