索引

索引

基本概念

在数据库中,索引的含义与日常意义上的“索引”一词并无多大区别(想想小时候查字典),它是用于提高数据库表数据访问速度的数据库对象。

  • 索引可以避免全表扫描。多数查询可以仅扫描少量索引页及数据页,而不是遍历所有数据页。
  • 对于非聚集索引,有些查询甚至可以不访问数据页。
  • 聚集索引可以避免数据插入操作集中于表的最后一个数据页。
  • 一些情况下,索引还可用于避免排序操作。

索引的存储

一条索引记录中包含的基本信息包括:键值(即你定义索引时指定的所有字段的值)+逻辑指针(指向数据页或者另一索引页)。

当你为一张空表创建索引时,数据库系统将为你分配一个索引页,该索引页在你插入数据前一直是空的。此页此时既是根结点,也是叶结点。每当你往表中插入一行数据,数据库系统即向此根结点中插入一行索引记录。当根结点满时,数据库系统大抵按以下步骤进行分裂:

  • 创建两个儿子结点
  • 将原根结点中的数据近似地拆成两半,分别写入新的两个儿子结点
  • 根结点中加上指向两个儿子结点的指针

通常状况下,由于索引记录仅包含索引字段值(以及4-9字节的指针),索引实体比真实的数据行要小许多,索引页相较数据页来说要密集许多。一个索引页可以存储数量更多的索引记录,这意味着在索引中查找时在I/O上占很大的优势,理解这一点有助于从本质上了解使用索引的优势。

索引的分类

汉语字典的正文本身就是一个聚集索引。比如,我们要查“安”字,就会很自然地翻开字典的前几页,因为“安”的拼音是“an”,而按照拼音排序汉字的字典是以英文字母“a”开头并以“z”结尾的,那么“安”字就自然地排在字典的前部。如果您翻完了所有以“a”开头的部分仍然找不到这个字,那么就说明您的字典中没有这个字;同样的,如果查“张”字,那您也会将您的字典翻到最后部分,因为“张”的拼音是“zhang”。也就是说,字典的正文部分本身就是一个目录,您不需要再去查其他目录来找到您需要找的内容。正文内容本身就是一种按照一定规则排列的目录称为“聚集索引”。

如果您认识某个字,您可以快速地从自动中查到这个字。但您也可能会遇到您不认识的字,不知道它的发音,这时候,您就不能按照刚才的方法找到您要查的字,而需要去根据“偏旁部首”查到您要找的字,然后根据这个字后的页码直接翻到某页来找到您要找的字。但您结合“部首目录”和“检字表”而查到的字的排序并不是真正的正文的排序方法,比如您查“张”字,我们可以看到在查部首之后的检字表中“张”的页码是672页,检字表中“张”的上面是“驰”字,但页码却是63页,“张”的下面是“弩”字,页面是390页。很显然,这些字并不是真正的分别位于“张”字的上下方,现在您看到的连续的“驰、张、弩”三字实际上就是他们在非聚集索引中的排序,是字典正文中的字在非聚集索引中的映射。我们可以通过这种方式来找到您所需要的字,但它需要两个过程,先找到目录中的结果,然后再翻到您所需要的页码。

聚集索引

表数据按照索引的顺序来存储的。对于聚集索引,叶子结点即存储了真实的数据行,不再有另外单独的数据页。在聚集索引中,叶结点也即数据结点,所有数据行的存储顺序与索引的存储顺序一致。

在一张表上只能创建一个聚集索引,因为真实数据的物理顺序只可能是一种。如果一张表没有聚集索引,那么它被称为“堆集”(Heap)。这样的表中的数据行没有特定的顺序,所有的新行将被添加的表的末尾位置。

非聚集索引

表数据存储顺序与索引顺序无关。对于非聚集索引,叶结点包含索引字段值及指向数据页数据行的逻辑指针,该层紧邻数据页,其行数量与数据表行数据量一致。

非聚集索引与聚集索引相比:

  • 叶子结点并非数据结点
  • 叶子结点为每一真正的数据行存储一个“键-指针”对
  • 叶子结点中还存储了一个指针偏移量,根据页指针及指针偏移量可以定位到具体的数据行。
  • 类似的,在除叶结点外的其它索引结点,存储的也是类似的内容,只不过它是指向下一级的索引页的。

索引失效

索引并不是时时都会生效的,比如以下几种情况,将导致索引失效:

  1. 如果条件中有or,即使其中有条件带索引也不会使用。 >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。

  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。例如,使用<>not innot exist,对于这三种情况大多数情况下认为结果集很大,MySQL就有可能不使用索引。

索引设计的原则

  • 表的某个字段值得离散度越高,该字段越适合选作索引的关键字。主键字段以及唯一性约束字段适合选作索引的关键字,原因就是这些字段的值非常离散。

  • 占用存储空间少的字段更适合选作索引的关键字。例如,与字符串相比,整数字段占用的存储空间较少,因此,较为适合选作索引关键字。

  • 存储空间固定的字段更适合选作索引的关键字。与 text 类型的字段相比, char 类型的字段较为适合选作索引关键字。

  • Where 子句中经常使用的字段应该创建索引,分组字段或者排序字段应该创建索引,两个表的连接字段应该创建索引

  • 更新频繁的字段不适合创建索引,不会出现在 where 子句中的字段不应该创建索引

  • 最左前缀原则。

  • 尽量使用前缀索引。

总结

聚集索引是一种稀疏索引,数据页上一级的索引页存储的是页指针,而不是行指针。而对于非聚集索引,则是密集索引,在数据页的上一级索引页它为每一个数据行存储一条索引记录。

与非聚集索引相比,聚集索引有着更快检索速度、更快的字段排序。

在MySQL中InnoDB按照主键进行聚集,如果没有定义主键,InnoDB会试着使用唯一的非空索引来代替。如果没有这种索引,InnoDB就会定义隐藏的主键然后在上面进行聚集,但是主键和聚集索引是不等价的。在InnoDBNormal索引即非聚集索引。

参考链接