深入浅出数据库索引原理

创建索引很简单,但是能深入理解索引原理又能恰到好处使用索引又是另外一回事。

  • 为什么要给表加上主键?

  • 为什么加索引后会使查询变快?

  • 为什么加索引后会使写入、修改、删除变慢?

  • 什么情况下要同时在两个字段上建索引?

为什么要给表加上主键?

我们平时建表的时候都会为表加上主键, 在某些关系数据库中, 如果建表时不指定主键,数据库会拒绝建表的语句执行。 事实上, 一个加了主键的表,并不能被称之为「表」。一个没加主键的表,它的数据无序的放置在磁盘存储器上,一行一行的排列的很整齐, 跟我认知中的「表」很接近。如果给表上了主键,那么表在磁盘上的存储结构就由整齐排列的结构转变成了树状结构,也就是上面说的「平衡树」结构,换句话说,就是整个表就变成了一个索引。

没错, 再说一遍, 整个表变成了一个索引,也就是所谓的「聚集索引」。 这就是为什么一个表只能有一个主键, 一个表只能有一个「聚集索引」,因为主键的作用就是把「表」的数据格式转换成「索引(平衡树)」的格式放置。

讲完聚集索引 , 接下来聊一下非聚集索引, 也就是我们平时经常提起和使用的常规索引。

非聚集索引和聚集索引一样, 同样是采用平衡树作为索引的数据结构。索引树结构中各节点的值来自于表中的索引字段, 假如给user表的name字段加上索引 , 那么索引就是由name字段中的值构成,在数据改变时, DBMS需要一直维护索引结构的正确性。如果给表中多个字段加上索引 , 那么就会出现多个独立的索引结构,每个索引(非聚集索引)互相之间不存在关联。 如下图

每次给字段建一个新索引, 字段中的数据就会被复制一份出来, 用于生成索引。 因此, 给表添加索引,会增加表的体积, 占用磁盘存储空间。

非聚集索引和聚集索引的区别在于, 通过聚集索引可以直接查到需要查找的数据, 而通过非聚集索引可以查到记录对应的主键值 ,再使用主键的值通过聚集索引查找到需要的数据,如下图

不管以任何方式查询表, 最终都会利用主键通过聚集索引来定位到数据, 聚集索引(主键)是通往真实数据所在的唯一路径。

然而, 有一种例外可以不使用聚集索引就能查询出所需要的数据, 这种非主流的方法 称之为「覆盖索引」查询, 也就是平时所说的组合索引、复合索引或者多字段索引查询。 文章上面的内容已经指出, 当为字段建立索引以后, 字段中的内容会被同步到索引之中, 如果为一个索引指定两个字段, 那么这个两个字段的内容都会被同步至索引之中

先看下面这个SQL语句

//建立索引
create index index_birthday on user_info(birthday);

//查询生日在1991年11月1日出生用户的用户名
select user_name from user_info where birthday = '1991-11-1'

这句SQL语句的执行过程如下

首先,通过非聚集索引index_birthday查找birthday等于1991-11-1的所有记录的主键ID值

然后,通过得到的主键ID值执行聚集索引查找,找到主键ID值对就的真实数据(数据行)存储的位置

最后, 从得到的真实数据中取得user_name字段的值返回, 也就是取得最终的结果

我们把birthday字段上的索引改成双字段的覆盖索引,

create index index_birthday_and_user_name on user_info(birthday, user_name);

通过非聚集索引index_birthday_and_user_name查找birthday等于1991-11-1的叶节点的内容,然而, 叶节点中除了有user_name表主键ID的值以外, user_name字段的值也在里面, 因此不需要通过主键ID值的查找数据行的真实所在, 直接取得叶节点中user_name的值返回即可。 通过这种覆盖索引直接查找的方式, 可以省略不使用覆盖索引查找的后面两个步骤, 大大的提高了查询性能,如下图

再详细说下这个覆盖索引,也叫组合索引

组合索引,即一个索包含多个列。(当一个表中查询大的情况下,where条件中有多个,那么可以使用组合查询,不会扫描表,直接从索引中获取,查询效率高)

它遵循最左前缀匹配原则,也是就是说一个查询可以只使用复合索引最左侧的一部份。例如索引是key index (a,b,c). 可以支持a | a,b| a,b,c 3种组合进行查找,但不支持 b,c进行查找 .当最左侧字段是常量引用时,索引就十分有效。

因为组合索引建立的时候先对第一维排序,再对第二维,再对第三维...(非常不严谨的说法,但便于初学者理解)

对于如下表结构:

create table test(
    a int,
    b int,
    c int,
    KEY a(a,b,c)
);

那么我们看一下下列语句:

优: select * from test where a=10 and b>50
差: select * from test where b = 50

优: select * from test order by a
差: select * from test order by b
差: select * from test order by c

优: select * from test where a=10 order by a
优: select * from test where a=10 order by b
差: select * from test where a=10 order by c

优: select * from test where a>10 order by a
差: select * from test where a>10 order by b   // 其实会索引失效
差: select * from test where a>10 order by c

优: select * from test where a=10 and b=10 order by a
优: select * from test where a=10 and b=10 order by b
优: select * from test where a=10 and b=10 order by c

优: select * from test where a=10 and b=10 order by a
优: select * from test where a=10 and b>10 order by b
差: select * from test where a=10 and b>10 order by c

重点:如果where条件第一个参数取范围值,会导致索引失效(>或者<等相关范围查询),后面的索引也会失效。
比如:select * from test where a>10 order by b 组合索引失效。

 注:在创建多列索引时,要根据业务需求,where子句中使用最频繁的一列放在最左边。

 

参考链接:

1. 知乎专栏-深入浅出数据库索引原理

2. CSDN_xlxxcc-MySl单列索引和组合索引

3. CSDN_工作QQ感冒的石头-mysql多个单列索引和联合索引的区别详解

posted @ 2020-03-06 14:24  Rogn  阅读(263)  评论(0编辑  收藏