MySQL数据库中的索引(二)——索引的使用,最左前缀原则

上文中,我们了解了MySQL不同引擎下索引的实现原理,在本文我们将继续探讨一下索引的使用以及优化。

创建索引可以大大提高系统的性能。

第一,通过创建唯一性索引,可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。

第二,可以大大加快数据的检索速度,这也是创建索引的最主要的原因。

第三,可以加速表和表之间的连接,特别是在实现数据的参考完整性方面特别有意义。

第四,在使用分组和排序子句进行数据检索时,同样可以显著减少查询中分组和排序的时间。

第五,通过使用索引,可以在查询的过程中,使用优化隐藏器,提高系统的性能。 

 

也许会有人要问:增加索引有如此多的优点,为什么不对表中的每一个列创建一个索引呢?因为,增加索引也有许多不利的方面。

第一,创建索引和维护索引要耗费时间,这种时间随着数据量的增加而增加。

第二,索引需要占物理空间,除了数据表占数据空间之外,每一个索引还要占一定的物理空间,如果要建立聚簇索引,那么需要的空间就会更大。

第三,当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候,索引也要动态的维护,这样就降低了数据的维护速度。

 

索引是建立在数据库表中的某些列的上面。在创建索引的时候,应该考虑在哪些列上可以创建索引,在哪些列上不能创建索引。一般来说,应该在这些列上创建索引:在经常需要搜索的列上,可以加快搜索的速度;在作为主键的列上,强制该列的唯一性和组织表中数据的排列结构;在经常用在连接的列上,这些列主要是一些外键,可以加快连接的速度;在经常需要根据范围进行搜索的列上创建索引,因为索引已经排序,其指定的范围是连续的;在经常需要排序的列上创建索引,因为索引已经排序,这样查询可以利用索引的排序,加快排序查询时间;在经常使用在WHERE子句中的列上面创建索引,加快条件的判断速度。

 

同样,对于有些列不应该创建索引。一般来说,不应该创建索引的的这些列具有下列特点:

第一,对于那些在查询中很少使用或者参考的列不应该创建索引。这是因为,既然这些列很少使用到,因此有索引或者无索引,并不能提高查询速度。相反,由于增加了索引,反而降低了系统的维护速度和增大了空间需求。

第二,对于那些只有很少数据值的列也不应该增加索引。这是因为,由于这些列的取值很少,例如人事表的性别列,在查询的结果中,结果集的数据行占了表中数据行的很大比例,即需要在表中搜索的数据行的比例很大。增加索引,并不能明显加快检索速度。

第三,对于那些定义为text, image和bit数据类型的列不应该增加索引。这是因为,这些列的数据量要么相当大,要么取值很少。

第四,当修改性能远远大于检索性能时,不应该创建索引。这是因为,修改性能和检索性能是互相矛盾的。当增加索引时,会提高检索性能,但是会降低修改性能。当减少索引时,会提高修改性能,降低检索性能。因此,当修改性能远远大于检索性能时,不应该创建索引。


 

 

我们先来看一下索引的分类,索引大致可按如下分类:

从数据结构角度

1、B+树索引(O(log(n))):关于B+树索引,可以参考 MySQL索引背后的数据结构及算法原理

2、hash索引:

a. 仅仅能满足"=","IN"和"<=>"查询,不能使用范围查询
b. 其检索效率非常高,索引的检索可以一次定位,不像B-Tree 索引需要从根节点到枝节点,最后才能访问到页节点这样多次的IO访问,所以 Hash 索引的查询效率要远高于 B-Tree 索引
c. 只有Memory存储引擎显示支持hash索引

从物理存储角度

1、聚集索引(clustered index)

2、非聚集索引(non-clustered index)

从逻辑角度

1、普通索引或者单列索引

2、唯一索引

3、主键索引:主键索引是一种特殊的唯一索引,不允许有空值

4、多列索引(复合索引):复合索引指多个字段上创建的索引,只有在查询条件中使用了创建索引时的第一个字段,索引才会被使用。使用复合索引时遵循最左前缀集合

5、全文索引

 

在上文中,我们已经了解了数据结构及物理存储角度,今天我们主要从逻辑角度来看看索引:

1、普通索引:这是最基本的索引类型,而且它没有唯一性之类的限制。普通索引可以通过以下几种方式创建: 
创建索引,例如CREATE INDEX <索引的名字> ON tablename (列的列表); 
修改表,例如ALTER TABLE tablename ADD INDEX [索引的名字] (列的列表); 
创建表的时候指定索引,例如CREATE TABLE tablename ( [...], INDEX [索引的名字] (列的列表) ); 

 

2、唯一索引:这种索引和前面的“普通索引”基本相同,但有一个区别:索引列的所有值都只能出现一次,即必须唯一。唯一性索引可以用以下几种方式创建: 
创建索引,例如CREATE UNIQUE INDEX <索引的名字> ON tablename (列的列表); 
修改表,例如ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE [索引的名字] (列的列表); 
创建表的时候指定索引,例如CREATE TABLE tablename ( [...], UNIQUE [索引的名字] (列的列表) ); 

 

3、主键索引

主键是一种唯一性索引,但它必须指定为“PRIMARY KEY”。如果你曾经用过AUTO_INCREMENT类型的列,你可能已经熟悉主键之类的概念了。主键一般在创建表的时候指定,例如“CREATE TABLE tablename ( [...], PRIMARY KEY (列的列表) ); ”。但是,我们也可以通过修改表的方式加入主键,例如“ALTER TABLE tablename ADD PRIMARY KEY (列的列表); ”。每个表只能有一个主键。

 

4、复合索引(组合索引、多列索引)

为了形象地对比单列索引和组合索引,为表添加多个字段:

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, city VARCHAR(50) NOT NULL, age INT NOT NULL );

为了进一步榨取MySQL的效率,就要考虑建立组合索引。就是将 name, city, age建到一个索引里:

ALTER TABLE mytable ADD INDEX name_city_age (name(10),city,age);

建表时,usernname长度为 16,这里用 10。这是因为一般情况下名字的长度不会超过10,这样会加速索引查询速度,还会减少索引文件的大小,提高INSERT的更新速度。

如果分别在 usernname,city,age上建立单列索引,让该表有3个单列索引,查询时和上述的组合索引效率也会大不一样,远远低于我们的组合索引。虽然此时有了三个索引,但MySQL只能用到其中的那个它认为似乎是最有效率的单列索引。

建立这样的组合索引,其实是相当于分别建立了下面三组组合MySQL数据库索引:

usernname,city,age  usernname,city  usernname 为什么没有 city,age这样的组合索引呢?这是因为MySQL组合索引“最左前缀”的结果。简单的理解就是只从最左面的开始组合。并不是只要包含这三列的查询都会用到该组合索引,下面的几个SQL就会用到这个组合MySQL数据库索引:

SELECT * FROM mytable WHREE username="admin" AND city="郑州"

SELECT * FROM mytable WHREE username="admin"

而下面几个则不会用到:

SELECT * FROM mytable WHREE age=20 AND city="郑州" SELECT * FROM mytable WHREE city="郑州"

关于最左前缀的问题,我们会在后面讨论到

 

5、全文索引

MySQL从3.23.23版开始支持全文索引和全文检索。在MySQL中,全文索引的索引类型为FULLTEXT。全文索引可以在VARCHAR或者 TEXT类型的列上创建。它可以通过CREATE TABLE命令创建,也可以通过ALTER TABLE或CREATE INDEX命令创建。对于大规模的数据集,通过ALTER TABLE(或者CREATE INDEX)命令创建全文索引要比把记录插入带有全文索引的空表更快。本文下面的讨论不再涉及全文索引,要了解更多信息,请参见mysql全文索引


最左前缀原则

mysql建立多列索引(联合索引)有最左前缀的原则,即最左优先,如:

如果有一个2列的索引(col1,col2),则已经对(col1)、(col1,col2)上建立了索引;
如果有一个3列索引(col1,col2,col3),则已经对(col1)、(col1,col2)、(col1,col2,col3)上建立了索引;

1、b+树的数据项是复合的数据结构,比如(name,age,sex)的时候,b+树是按照从左到右的顺序来建立搜索树的,比如当(张三,20,F)这样的数据来检索的时候,b+树会优先比较name来确定下一步的所搜方向,如果name相同再依次比较age和sex,最后得到检索的数据;但当(20,F)这样的没有name的数据来的时候,b+树就不知道第一步该查哪个节点,因为建立搜索树的时候name就是第一个比较因子,必须要先根据name来搜索才能知道下一步去哪里查询。

2、比如当(张三,F)这样的数据来检索时,b+树可以用name来指定搜索方向,但下一个字段age的缺失,所以只能把名字等于张三的数据都找到,然后再匹配性别是F的数据了, 这个是非常重要的性质,即索引的最左匹配特性。(这种情况无法用到联合索引)

关于最左前缀的使用,有下面两条说明:

  • 最左前缀匹配原则,非常重要的原则,mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配,比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引,d是用不到索引的,如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到,a,b,d的顺序可以任意调整。
  • =和in可以乱序,比如a = 1 and b = 2 and c = 3 建立(a,b,c)索引可以任意顺序,mysql的查询优化器会帮你优化成索引可以识别的形式

关于最左前缀的例子,请参考:https://www.kancloud.cn/kancloud/theory-of-mysql-index/41857


什么时候索引会失效

  1. 如果条件中有or,即使其中有条件带索引也不会使用(这也是为什么尽量少用or的原因)。注意:要想使用or,又想让索引生效,只能将or条件中的每个列都加上索引
  2. 对于多列索引,不是使用的第一部分,则不会使用索引(即不符合最左前缀原则)
  3. like查询是以%开头
  4. 如果列类型是字符串,那一定要在条件中将数据使用引号引用起来,否则不使用索引
  5. 如果mysql估计使用全表扫描要比使用索引快,则不使用索引

此外,查看索引的使用情况

show status like ‘Handler_read%’;
大家可以注意:
handler_read_key:这个值越高越好,越高表示使用索引查询到的次数
handler_read_rnd_next:这个值越高,说明查询低效

 

posted @ 2018-02-02 21:37  wezheng  阅读(10032)  评论(0编辑  收藏