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(五)MySQL索引应用篇:建立索引的正确姿势与使用索引的最佳指南!

   日期:2024-11-04     移动:http://kaire.xrbh.cn/quote/7040.html

作者✍️:竹子爱熊猫

(五)MySQL索引应用篇:建立索引的正确姿势与使用索引的最佳指南!

数据库索引,绝对是的核心功能之一,如果没有索引机制的数据库,那数据的检索效率绝对是令人无法接受的,毕竟没有索引的表数据,就如同一个普通的文本文件存储在磁盘中。在《索引上篇》[1]中,我们对于提供的索引机制,从引入,到创建、使用、分类、管理....等进行了全面阐述,相信经过上一篇的讲解后,大家对索引机制建立了系统化的认知,而本篇则会以上篇为基础,对索引机制进一步加深掌握。

不过在上篇中虽对数据库索引机制有了完善认知,但还不够,因为上篇仅是单纯的认知阶段,能否真正的在实际项目中运用好索引机制,还需要具备丰富的经验以及一些原则与方法论,比如下述一些关于索引的问题

  • 索引虽然能给检索数据的效率带来质的飞跃,但加入索引没有带来新问题吗

  • 既然索引能够提升查询性能,那是不是为表中每个字段建立索引,性能会更好

  • 一张数据表中,哪些类型的字段不适合建立索引呢?又是因为什么原因呢

  • 表中会存在大量的字段,但其中哪些字段建立索引才能够最大的性能收益呢

  • 提供的索引种类也不少,一个字段上建立什么类型的索引才最好呢

  • 当表中存在多个索引时,一条查询有多条路径可走,此时走哪条索引最好

对于这些问题,如果仅靠上篇索引的知识,相信是很难回答具体的,那在本篇中,则重点讲解索引应用相关的方式方法,例如各索引优劣分析、建立索引的原则、使用索引的指南以及索引失效与索引优化等内容。

首先来聊聊索引机制带来的利害关系,有句古话曾说过“凡事有利必有弊”,而的索引机制也不例外,引入索引机制后,能够给数据库带来的优势很明显

  • ①整个数据库中,数据表的查询速度直线提升,数据量越大时效果越明显。

  • ②通过创建唯一索引,可以确保数据表中的数据唯一性,无需额外建立唯一约束。

  • ③在使用分组和排序时,同样可以显著减少查询的分组和排序的时间。

  • ④连表查询时,基于主外键字段上建立索引,可以带来十分明显的性能提升。

  • ⑤索引默认是有序结构,基于索引字段做范围查询时,效率会明显提高。

  • ⑥从整体架构而言,减少了查询的执行时间,提高了数据库整体吞吐量。

看着上面一条又一条的好处,似乎感觉索引好处很大啊,对于这点确实毋庸置疑,但只有好处吗,同时也会带来一系列弊端,如

  • ①建立索引会生成本地磁盘文件,需要额外的空间存储索引数据,磁盘占用率会变高。

  • ②写入数据时,需要额外维护索引结构,增、删、改数据时,都需要额外操作索引。

  • ③写入数据时维护索引需要额外的时间开销,执行写时效率会降低,性能会下降。

当然,但对数据库整体来说,索引带来的优势会大于劣势。不过也正由于索引存在弊端,因此索引不是越多越好,合理建立索引才是最佳选择。

在上篇聊过,的索引也会分为多种类型,每个类型的索引多多少少都存在一些弊端,接下来聊聊其他类型的索引。

1.1、主键索引存在的陷阱

相信大家数据库的表中,主键一般都是使用自增,但这是为什么呢?有人可能会回答自增不会重复,确保了主键唯一性。这样也确实没错,但不会重复的又不仅仅只有自增,比如我使用随机的也不会重复,为何不使用呢?这是由于索引存在一个陷阱

众所周知,一张表中大多数情况下,会将主键索引以聚簇的形式存在磁盘中,上篇文章也聊到过,聚簇索引在存储数据时,表数据和索引数据是一起存放的。同时,默认的索引结构是,也就代表着索引节点的数据是有序的。

此时结合上面给出的一些信息,主键索引是聚簇索引,表数据和索引数据在一块、索引结构是有序的,那再反推前面给出的疑惑,为何不使用呢?因为是无序的,如果使用作为主键,那么每当插入一条新数据,都有可能破坏原本的树结构,如下

比如上图中的灰色节点,是一条新插入的数据,此时经过计算后,应该排第二个位置,那就代表着后面的三个节点需要移动,然后给灰色节点挪出一个位置存储,从而确保索引的有序性。

这里只是伪逻辑,目的是用于举例演示,实际上树索引结构不长这样,在《索引原理篇》会重新说一下这个点的。

由于主键索引是聚簇索引,因此上述案例中,当后续节点需要挪动时,也就代表着还需要挪动表数据,如果是偶尔需要移动还行,但如果主键字段值无序,那代表着几乎每次插入都有可能导致树结构要调整。

但使用自增就不会有这个问题,所有新插入的数据都会放到最后。

因此大家数据表的主键,最好选用带顺序性的值,否则有可能掉入主键索引的“陷阱”中。

1.2、联合索引存在的矛盾

为了多条件查询时的效率更高,一般都会同时对多个字段建立联合索引,但之前也聊到过,联合索引存在一个致命的问题,比如在用户表中,通过三个字段建立一个联合索引,此时来了一条查询,如下

而这条语句是无法使用联合索引的,为什么呢?因为查询条件中,未包含联合索引的第一个字段,想要使用联合索引,那么查询条件中必须包含索引的第一个字段,如下

上面这条才是能命中多列索引的语句,因此在建立索引时也需要考虑这个问题,确保建立出的联合索引能够命中率够高。

1.3、前缀索引存在的弊端

前缀索引的特点是短小精悍,我们可以利用一个字段的前个字符创建索引,以这种形式创建的索引也被称之为前缀索引,相较于使用一个完整字段创建索引,前缀索引能够更加节省存储空间,当数据越多时,带来的优势越明显。

不过前缀索引虽然带来了节省空间的好处,但也正由于其索引节点中,未存储一个字段的完整值,所以也无法通过前缀索引来完成等分组排序工作,同时也无法完成覆盖扫描等操作。

1.4、全文索引存在的硬伤

之前做模糊查询时,通常都会使用语法,不过这种方式虽然能够实现效果,但随着表越来越大,数据越来越多时,其性能会出现明显下降,而全文索引的推出则能够完美解决该问题,可以利用全文索引代替语法实现模糊查询,它的性能会比快上倍。

全文索引虽然可以实现模糊查询,但也存在一系列硬伤,一起来看看。

①由于全文索引是基于分词实现的,所以对一个字段建立全文索引后,会对该字段做分词处理,这些分词结果也会被存储在全文索引中,因此全文索引的文件会额外的大

②由于全文索引对每个字段值都会做分词,因此当修改字段值后,分词是需要时间的,所以修改字段数据后不会立马自动更新全文索引,此时需要咱们写存储过程,并调用它手动更新全文索引中的数据。

③除开上述两点外,全文索引最大的硬伤在于对中文支持不够友好,类似于英文可以直接通过符号、空格来分词,但中文呢?一个词语来形容就是博大精深,无法精准的对一段文字做分词,因此全文索引在检索中文时,存在些许精准度问题。

因此如果你项目规模较大,通常再引入等搜索引擎是一个更佳的选择。

1.5、唯一索引存在的快慢问题

唯一索引有个很大的好处,就是查询数据时会比普通索引效率更高,因为基于普通索引的字段查询数据,例如

假设字段上建立了一个普通索引,此时基于这个字段查询数据时,当查询到一条的数据后,此时会继续走完整个索引树,因为可能会存在多条字段值相同的数据。

但如果字段上建立的是唯一索引,当找到一条数据后就会立马停下检索,因此本身建立唯一索引的字段值就具备唯一性。

因此唯一索引查询数据时,会比普通索引快上一截,但插入数据时就不同了,因为要确保数据不重复,所以插入前会检查一遍表中是否存在相同的数据。但普通索引则不需要考虑这个问题,因此普通索引的数据插入会快一些。

1.6、哈希索引的致命问题

哈希索引,也就是数据结构为类型的索引,不过估计大家接触的比较少,毕竟创建索引时都默认用的树结构。但要比起查询速度,哈希索引绝对是中当之无愧的魁首!因为采用哈希结构的索引,会以哈希表的形式存储索引字段值,当基于该字段查询数据时,只需要经过一次哈希计算就可获取到数据。

但哈希结构的致命问题在于无序,也就是无法基于哈希索引的字段做排序、分组等工作。

因此如果你确定一个表中,不会做排序这类的工作,那可以适当选用哈希结构作为索引的数据结构,它会给你带来意想不到的性能收益~

经过上述一系列分析后,简单讲明了每种索引类型存在的缺陷问题,但这跟我们本篇有啥关系呢?其实关系很大,因为只有当你了解了每种索引存在的劣势,才能更好的考虑并设计出合理的索引,而不是一股脑的盲目创建索引。

那么在创建索引时,咱们应当遵守那些原理原则,才能创建出合理的索引呢

在实际项目场景中,当查询性能较慢时,我们常常会有一个疑惑表中哪个字段建立一个索引能带来最大的性能收益呢?一般来说,判断字段是否要添加的索引的依据,是看这个字段是否被经常当做查询条件使用,但也不能光依靠这一个依据来判断,比如用户表中的性别字段,就会经常被用做查询条件,但如果对性别字段建立一个索引,那对查询的性能提升并不大,因为性别就两个值:男/女(不包含泰国在内,那对其建立索引,索引文件中就只会有两个索引节点,大致情况如下

这种情况下,为性别建立一个索引,带来的性能收益显然不是太大。同时,上图中给出的案例,也不是索引真正的样子,如果表中存在主键索引或聚簇索引,对其他字段建立的索引,都是次级索引,也被称为辅助索引,其节点上的值,存储的并非一条完整的行数据,而是指向聚簇索引的索引字段值。

如果基于辅助索引查询数据,最终数据会以何种方式被检索出来,这里就牵扯到中的一个新概念,也就是执行时的回表问题。

2.1、索引查询时的回表问题

什么叫做回表呢?意思就是指一条语句在内部,要经过两次查询过程才能获取到数据。这是跟索引机制有关的,先来看看索引在内部真正的面貌

在上图用户表中,基于字段先建立了一个主键索引,然后又基于字段建立了一个普通索引,此时默认会选用主键索引作为聚簇索引,将表数据和主键索引存在同一个文件中,也就是主键索引的每个索引节点,都直接对应着行数据。而基于字段建立的索引,其索引节点存放的则是指向聚簇索引的值。

在这种情况下,假设有一条下述,其内部查询过程是啥样的呢

首先会走字段的索引,然后找到对应的值,然后再基于查询到的值,再走字段的主键索引,最终得到一整条行数据并返回。

在这个案例中,一条查询经历了两次查询才获取到数据,这个过程则被称之为回表。

回表动作会导致额外的查询开销,因此尽量可以基于主键做查询,如果实在需要使用非主键字段查询,那么尽量要写明查询的结果字段,而并非使用。

当然,实际情况中建立联合索引,利用索引覆盖特性,从而避免使用辅助索引,这样也能够消除回表动作,但关于这点后面再聊,先来说说建立索引需要遵循的一些原则。

2.2、建立索引时需要遵守的原则

前面说过一点,当建立索引仅考虑一个字段是否被经常用于查询是不够的,往往一个合适的索引需要更为细致与长远的思考,例如使用多个字段建立是否会更好?创建其他类型的索引性能是否会更佳?下面我们就一起来看看建立索引时,需要遵守的一些原则

  • ①经常频繁用作查询条件的字段应酌情考虑为其创建索引。

  • ②表的主外键或连表字段,必须建立索引,因为能很大程度提升连表查询的性能。

  • ③建立索引的字段,一般值的区分性要足够高,这样才能提高索引的检索效率。

  • ④建立索引的字段,值不应该过长,如果较长的字段要建立索引,可以选择前缀索引。

  • ⑤建立联合索引,应当遵循最左前缀原则,将多个字段之间按优先级顺序组合。

  • ⑥经常根据范围取值、排序、分组的字段应建立索引,因为索引有序,能加快排序时间。

  • ⑦对于唯一索引,如果确认不会利用该字段排序,那可以将结构改为结构。

  • ⑧尽量使用联合索引代替单值索引,联合索引比多个单值索引查询效率要高。

同时,除开上述一些建立索引的原则外,在建立索引时还需有些注意点

  • ❶值经常会增删改的字段,不合适建立索引,因为每次改变后需维护索引结构。

  • ❷一个字段存在大量的重复值时,不适合建立索引,比如之前举例的性别字段。

  • ❸索引不能参与计算,因此经常带函数查询的字段,并不适合建立索引。

  • ❹一张表中的索引数量并不是越多越好,一般控制在,最多不能超过。

  • ❺建立联合索引时,一定要考虑优先级,查询频率最高的字段应当放首位。

  • ❻当表的数据较少,不应当建立索引,因为数据量不大时,维护索引反而开销更大。

  • ❼索引的字段值无序时,不推荐建立索引,因为会造成页分裂,尤其是主键索引。

对于索引机制,在建立时应当参考上述给出的意见,这每一条原则都是从实际经验中总结出来的,前面八条不一定要全面思考,但后面七条注意点,一定要牢记,如若你的索引符合后面七条中的描述,那一定要更改索引。

对于每一条建议是为什么,在后面的《索引原理篇》讲完之后大家就会彻底理解,这里就不展开叙述了,接下来重点聊一下联合索引,以及它的最左前缀原则。

2.3、联合索引的最左前缀原则

首先在讲最左前缀原则之前,先看看上述给出的一条原则

  • ⑧尽量使用联合索引代替单值索引,联合索引比多个单值索引查询效率要高。

对于这一点是为什么呢?举个栗子理解,比如此时基于字段建立了一个联合索引,实际上也相当于建立了三个索引:、、,因此只要查询中使用了这三组字段,都可以让联合索引生效。

但如若查询中这三个字段不以形式出现,而是单独作为查询条件出现,那单值索引性能会好一些,但三个不同的索引,维护的代价也会高一些。

其实联合索引的最左前缀原则,道理很简单的,就是组成联合索引的多个列,越靠左边优先级越高,同时也只有查询条件中,包含了最左的字段,才能使用联合索引,例如

上面这条就显然并不会使用联合索引,因为不符合最左前缀原则,最左侧的字段未曾被使用。也正由于在使用联合索引时会遵循最左前缀原则,所以才在前面建立索引的建议中给出了一条

  • ❺建立联合索引时,一定要考虑优先级,查询频率最高的字段应当放首位。

因为将查询频率越高的字段放首位,就代表着查询时命中索引的几率越大。同时,的最左前缀原则,在匹配到范围查询时会停止匹配,比如这类范围条件,并不会继续使用联合索引,举个栗子

当执行时,虽然上述使用到作为查询条件,但由于字段是范围查询,因此这里只能使用索引,而不能完全匹配使用索引。对于索引呢,严格意义上来说,字段的范围查询,也会基于索引来完成,所以这里其实能用到和字段的索引(也正是因为基于字段做了范围查询,从而阻断了字段基于索引匹配)。

对于一条查询是否用到了索引,或者一条查询到底用了那个索引,其实可以通过自带的工具分析(后续讲解)。

最后再来一个简单的栗子,加深一下对于联合索引的认知

比如上述这个案例中,对于这两条选第一种方式创建索引,还是第二种呢?答案是,因为两条完全能够利用到第二个创建的联合索引。

同时选建立联合索引后,如上两条都会利用到上面创建的联合索引,是否走索引查询跟后的条件顺序无关,因为优化器会优化,对查询条件进行重排序。

相信这一点大家看了有些懵,啥叫使用索引的正确姿势?索引不是执行时自动选择的吗?我们只能建立索引,怎么使用啊?其实这里是指我们编写时,要注意的点,毕竟查询时到底使不使用索引,这完全取决于你编写的。

但很多小伙伴在平时写的时候,一般只追求实现业务功能,只要能够查询出相应的数据即可,压根不会过度考虑这条应用到索引,那么这里就是给出一些经验之谈,讲清楚几点写时的方法论。

其实索引本身是一把双刃剑,用的好能够给我们带来异乎寻常的查询效率,用的不好则反而会带来额外的磁盘占用及写入操作时的维护开销。因此大家一定要切记,既然选择建了索引,那一定要利用它,否则还不如干脆别建,既能节省磁盘空间,又能提升写入效率。

3.1、索引失效的那些事儿

想要用好索引,那一定要先搞清楚那些情况会导致索引失效,弄明白这些事项之后,在写的时候刻意避开,那你写出来的十有八九是会用到索引的,那么在数据库中那些情况下会导致索引失效呢?下面一起来聊一聊,但单纯的讲概念会有种纸上谈兵的感觉,因此下面简单的举个案例,然后来说明索引失效的一些情况。

此时对这张用户表,分别创建两个索引,第一个是基于创建的主键索引,第二个是使用三个字段创建的联合索引。

但想要查看一条是否使用了索引,需要用到一个自带的分析工具,下面简单介绍一下。

3.1.1、执行分析工具 - ExPlain

这里就对工具做一个简单介绍,后续《SQL优化篇》会详细讲解这个工具,先来看看这个工具/命令的作用,当在一条前加上命令,执行这条后会列出所有的执行方案

  • :这是执行计划的值,这个值越大,表示执行的优先级越高。

  • :当前查询语句的类型,有如下几个值
    • :简单查询。

    • :复杂查询的外层查询。

    • :包含在查询语句中的子查询。

    • :包含在中的子查询。

  • :表示当前这个执行计划是基于那张表执行的。

  • :当前执行计划查询的类型,有几种情况
    • :表示走了全表查询,未命中索引或索引失效。

    • :表示要查询的表中仅有一条数据。

    • :表示当前语句的查询条件中,可以命中索引查询。

    • :表示当前查询操作是查某个区间。

    • :表示目前在做多表关联查询。

    • :表示目前使用了普通索引查询。

    • :表示目前使用了辅助索引查询。

  • :执行时,优化器可能会选择的索引(最后执行不一定用)。

  • :查询语句执行时,用到的索引名字。

  • :这里表示索引字段使用的字节数。

  • :这里显示使用了那种查询的类型。

  • :当前查询语句可能会扫描多少行数据才能检索出结果。

  • :这里是记录着额外的一些索引使用信息,有几种状态
    • :表示目前使用了覆盖索引查询(稍后讲)。

    • :表示使用了子句查询,通常表示没使用索引。

    • :表示查询条件使用到了联合索引的前面几个字段。

    • :表示使用了临时表处理查询结果。

    • :表示以索引字段之外的方式进行排序,效率较低。

    • :表示在索引字段上使用了聚合函数。

对于上述这么多的字段,其实目前不需要完全弄懂,本文只需要记住里面的字段即可,表示走全表扫描,表示通过索引查询。

下面一起来聊一聊索引失效的一些场景。

3.1.2、查询中带有OR会导致索引失效

例如上述这条,其中既包含了主键索引的字段,又包含了联合索引的第一个字段,按理来说是会走索引查询的对吗?但看看执行结果

从结果中可看到,显然并未使用索引来查询,也就代表着,虽然所有查询条件都包含了索引字段,但由于使用了,最终导致索引失效。

3.1.3、模糊查询中like以%开头导致索引失效

众所周知,使用关键字做模糊查询时,是可以使用索引的,那来看看下述这条

在这条中以联合索引中的第一个字段作为了查询条件,此时会使用索引吗?看看结果

结果中显示依旧走了全表扫描,并未使用索引,但不以开头,实际上是不会导致索引失效的,例如

在这里以结尾,其实可以使用联合索引来检索数据,并不会导致索引失效。

3.1.4、字符类型查询时不带引号导致索引失效

上述这条按理来说是没有半点问题的,目前是符合联合索引的最左匹配原则的,但来看看结果

从结果中很明显的可以看出,由于是字符串类型的,因此查询时没带引号,竟然直接未使用索引,导致了索引失效(上面也放了对比图,大家可以仔细看看区别)。

3.1.5、索引字段参与计算导致索引失效

上面这条看着估计有些懵,但实际上很简单,就是查询的数据,理论上因为查询条件中使用了主键字段,应该会使用主键索引,但结果呢

由于索引字段参与了计算,所以此时又导致了索引失效,因此大家要切记,千万不要让索引字段在中参与计算,也包括使用一些聚合函数时也会导致索引失效,其根本原因就在于索引字段参与了计算导致的。

这里的运算也包括等一系列涉及字段计算的逻辑。

3.1.6、字段被用于函数计算导致索引失效

上述中,我们使用函数对字段进行了截取,然后再用于条件查询,此时看看执行结果

很显然,并未使用索引查询,这也是意料之中的事情,毕竟这一条和的原因大致相同,索引字段参与计算导致失效。

3.1.7、违背最左前缀原则导致索引失效

上述这条中,显然用到了联合索引中的性别和密码字段,此时再看看结果

由于违背了联合索引的最左前缀原则,因为没使用最左边的字段,因此也导致索引失效,从而走了全表查询。

3.1.8、不同字段值对比导致索引失效

从一张表中查询出一些值,然后根据这些值去其他表中筛选数据,这个业务也是实际项目中较为常见的场景,下面为了简单实现,就简单用姓名和性别模拟一下字段对比的场景

按理来说,因为属于联合索引的第一个字段,所以上述这条中规中矩,理论上会走索引的,但看看结果

显然,这个场景也会导致索引无法使用,因此之后也要切记这点。

3.1.9、反向范围操作导致索引失效

一般来说,如果属于正向范围查询,例如等操作时,索引是可以正常生效的,但如果执行的是反向范围操作,例如等操作时,就会出现问题,例如

上述的意思很简单,也就是查询不是的数据,这里是基于主键索引字段查询的,但会走索引吗?来看看结果

结果也很明显,使用关键字做反向范围查询时,并不会走索引,索引此时失效了,但是做正向范围查询时,索引依旧有效。

对于这一点,其实大家可以慢慢实验,并非所有的正向范围操作都会走索引,例如就不会走,它的反向操作:同样不会走。

3.1.10、索引失效小结

在中还有一种特殊情况会导致索引失效,也就是当走索引扫描的行数超过表行数的时,会默认放弃索引查询,转而使用全表扫描的方式检索数据,因此这种情况下走索引的顺序磁盘,反而不一定有全表的随机磁盘快。

还有一点要牢记:关于索引是否会失效,实际上也跟索引的数据结构、的版本、存储引擎的不同有关,例如一条语句在索引中会导致索引失效,但在哈希索引中却不会(好比,这种情况在不同版本、不同引擎中都有可能会体现出来。

但到目前为止,大致上已经将中会导致索引失效的几种情况罗列说明了,接下来一起看看使用索引的正确姿势

3.2、使用索引的正确姿势

其实到这里,对于如何使用索引才是正确的呢?总结如下

  • ①查询中尽量不要使用关键字,可以使用多或子查询代替。

  • ②模糊查询尽量不要以开头,如果实在要实现这个功能可以建立全文索引。

  • ③编写时一定要注意字段的数据类型,否则的隐式转换会导致索引失效。

  • ④一定不要在编写时让索引字段执行计算工作,尽量将计算工作放在客户端中完成。

  • ⑤对于索引字段尽量不要使用计算类函数,一定要使用时请记得将函数计算放在后面。

  • ⑥多条件的查询一定要使用联合索引中的第一个字段,否则会打破最左匹配原则。

  • ⑦对于需要对比多个字段的查询业务时,可以拆分为连表查询,使用临时表代替。

  • ⑧在中不要使用反范围性的查询条件,大部分反范围性、不等性查询都会让索引失效。

实际上无非就是根据前面给出的索引失效情况,尽量让自己编写的不会导致索引失效即可,写出来的能走索引查询,那就能在很大程度上提升数据检索的效率。

不过这些也属于优化的内容,因此更多、更具体的编写准则,会在之后的《SQL调优篇》详细讲解。

接下来再重点讲几个较重要的内容,既索引覆盖、索引下推、机制、索引跳跃式扫描机制。

3.2.1、索引覆盖

在之前聊到过,由于表中只能存在一个聚簇索引,一般都为主键索引,而建立的其他索引都为辅助索引,包括联合索引也例外,最终索引节点上存储的都是指向主键索引的值,拿前面的用户表为例

虽然这条会走联合索引查询,但是基于联合索引查询出来的值仅是一个指向主键索引的,然后会拿着这个再去主键索引中查一遍,这个过程之前聊过,被称为回表过程。

那么回表问题无法解决吗?必须得经过两次查询才能得到数据吗?答案并非如此。

比如假设此时只需要这三个字段的信息,此时语句可以更改为如下情况

此时将更改为查询所需的列后,就不会发生回表现象?再这里很多小伙伴可能会疑惑,这是什么道理啊?因为此时所需的三个字段数据,在联合索引中完全包含,因此可以直接通过联合索引获取到数据。

但如果查询时用,因为联合索引中不具备完整的一行数据,只能再次转向聚簇索引中获取完整的行数据,因此到这里大家应该也明白了为什么查询数据时,不能用的原因,这是因为会导致索引覆盖失效,造成回表问题。

当然,再来提一点比较有意思的事情,先看

比如上述这条,显然是不符合联合索引的最左前缀匹配原则的,但来看看执行结果

这个结果是不是很令你惊讶,通过分析的结果显示,这条竟然使用了索引,这是什么原因呢?也是因为索引覆盖。

一句话概述:就是要查询的列,在使用的索引中已经包含,被所使用的索引覆盖,这种情况称之为索引覆盖。

3.2.2、索引下推

索引下推是版本以后引入的一种优化机制,还是以之前的用户表为例,先来看一条语句

首先为了更加直观的讲清楚索引下推,因此先再向用户表中增加一条数据。然后再来看看后面的查询,这条会使用联合索引吗?答案是会的,但只能部分使用,因为联合索引的每个节点信息大致如下

由于前面使用的是模糊查询,但在结尾,因此可以使用这个字作为条件在联合索引中查询,整个查询过程如下

  • ①利用联合索引中的字段找出「竹子、竹竹」两个索引节点。

  • ②返回索引节点存储的值「」给层,然后去逐一做回表扫描。

  • ③在层中根据这个条件逐条判断,最终筛选到「竹子」这条数据。

有人或许会疑惑,为什么这个条件不在联合索引中处理呢?因为前面是模糊查询,所以拼接起来是这样的,由于这个是未知的,因此无法根据最左前缀原则去匹配数据,最终这里只能使用联合索引中字段的一部分,后续的还需要回到层处理。

那什么又叫做索引下推呢?也就是将层筛选数据的工作,下推到引擎层处理。

以前面的案例来讲解,加入索引下推机制后,其执行过程是什么样子的呢

  • ①利用联合索引中的字段找出「竹子、竹竹」两个索引节点。

  • ②根据这个条件在索引节点中逐个判断,从而得到「竹子」这个节点。

  • ③最终将「竹子」这个节点对应的「」返回给层,然后聚簇索引中回表拿数据。

相较于没有索引下推之前,原本需要做「」两次回表查询,但在拥有索引下推之后,仅需做「」一次回表查询。

索引下推在版本之后是默认开启的,可以通过命令命令来手动管理。

3.2.3、MRR(Multi-Range Read)机制

简称为机制,这也是和索引下推一同在版本中引入的性能优化措施,那什么叫做优化呢

一般来说,在实际业务中我们应当尽量通过索引覆盖的特性,减少回表操作以降低次数,但在很多时候往往又不得不做回表才能查询到数据,但回表显然会导致产生大量磁盘,同时更严重的一点是:还会产生大量的离散,下面举个例子来理解。

上述这条所做的工作很简单,就是在学生成绩表中查询所有成绩未及格的学生信息,假设成绩字段上存在一个普通索引,那思考一下,这条的执行流程是什么样的呢

  • ①先在成绩字段的索引上找到分的节点,然后拿着去回表得到成绩零分的学生信息。

  • ②再次回到成绩索引,继续找到所有分的节点,继续回表得到分的学生信息。

  • ③再次回到成绩索引,继续找到所有分的节点......

  • ④周而复始,不断重复这个过程,直到将分的所有学生信息全部拿到为止。

那此时假设此时成绩分的表数据,位于磁盘空间的页上,而成绩为分的数据,位于磁盘空间的页上,成绩为分的数据,又位于磁盘空间的页上。此时回表查询时就会导致在两页空间上来回切换,但分的数据完全可以合并,然后读一次就可以了,既能减少次数,同时还避免了离散。

而机制就主要是解决这个问题的,针对于辅助索引的回表查询,减少离散,并且将随机转换为顺序,从而提高查询效率。

那机制具体是怎么做的呢?机制中,对于辅助索引中查询出的,会将其放到缓冲区的中,然后等全部的索引检索工作完成后,或者缓冲区中的数据达到大小时,此时会对缓冲区中的数据排序,从而得到一个有序的集合,最终再根据顺序去聚簇/主键索引中回表查询数据。

可以通过上述这条命令开启或关闭机制,及以后的版本是默认开启的。

3.2.4、Index Skip Scan索引跳跃式扫描

在讲联合索引时,咱们提到过最左前缀匹配原则,也就是的查询条件中必须要包含联合索引的第一个字段,这样才能命中联合索引查询,但实际上这条规则也并不是遵循的。因为在版本中加入了一个新的优化机制,也就是索引跳跃式扫描,这种机制使得咱们即使查询条件中,没有使用联合索引的第一个字段,也依旧可以使用联合索引,看起来就像跳过了联合索引中的第一个字段一样,这也是跳跃扫描的名称由来。

但跳跃扫描究竟是怎么实现的呢?上个栗子快速理解一下。

比如此时通过三个列建立了一个联合索引,此时有如下一条

按理来说,这条既不符合最左前缀原则,也不具备使用索引覆盖的条件,因此绝对是不会走联合索引查询的,但思考一个问题,这条中都已经使用了联合索引中的两个字段,结果还不能使用索引,这似乎有点亏啊对不?因此推出了跳跃扫描机制,但跳跃扫描并不是真正的“跳过了”第一个字段,而是优化器为你重构了,比如上述这条则会重构成如下情况

其实也就是优化器会自动对联合索引中的第一个字段的值去重,然后基于去重后的值全部拼接起来查一遍,一句话来概述就是虽然你没用第一个字段,但我给你加上去,今天这个联合索引你就得用,不用也得给我用

当然,如果熟悉数据库的小伙伴应该知道,跳跃扫描机制在中早就有了,但为什么版本才推出这个机制呢?还记得咱们在《MySQL架构篇》[2]中的闲谈嘛?几经转手后,最终归到了旗下,因此跳跃扫描机制仅是公司:从搬到了“自己的”上而已。

但是跳跃扫描机制也有很多限制,比如多表联查时无法触发、条件中有分组操作也无法触发、中用了去重也无法触发.....,总之有很多限制条件,具体的可以参考《MySQL官网8.0-跳跃扫描》[3]。

其实这个跳跃性扫描机制,只有在唯一性较差的情况下,才能发挥出不错的效果,如果你联合索引的第一个字段,是一个值具备唯一性的字段,那去重一次再拼接,几乎就等价于走一次全表。

最后,可以通过通过命令来选择开启或关闭跳跃式扫描机制。当然,该参数仅限以上的版本,如果在此之下的版本暂时就不用考虑了。

至此,索引应用篇,也就是索引中篇就结束了,相信大家认真看完本篇之后,对于索引的掌握性、熟练程度绝对会更上一层楼,因为本章中从索引的优劣分析,到建立索引的原则、索引失效的情景、使用索引的正确姿势、对于索引的优化机制等各方面,对索引进行了进一步阐述。

经历中、上两篇的阐述后,对于索引这个大体系已经建立出了完整的认知,下一篇就是《索引原理篇》啦,在中、上两篇中抛出了很多疑惑,都留在了索引原理篇中去分析,因为只有当你真正搞懂了索引的底层实现,才能更好的理解一些前面给出的建议、定论及概念。

当然,如果你认为我的文章对你有帮助,那可以动动发财的小手,点上一个免费的小赞赞~,点赞量足够多可加快《索引原理篇》的解锁进度,更文速度完全取决于诸位的点赞数量!当然,就算不给赞,《索引原理篇》也不会缺席噢!最后再给出两条关于索引的查询命令


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