高性能策略
通过上文,相信你对 B+Tree 的数据结构已经有了大致的了解,但 MySQL 中的索引是如何组织数据的存储呢?
以一个简单的示例来说明,假如有如下数据表
对于表中每一行数据,索引中包含了 last_name、first_name、dob 列的值,下图展示了索引是如何组织数据存储的。
索引如何组织数据存储
可以看到,索引首先根据第一个字段来排列顺序,当名字相同时,则根据第三个字段,即出生日期来排序,正是因为这个原因,才有了索引的“最左原则”。
MySQL 不会使用索引的情况:非独立的列
“独立的列”是指索引列不能是表达式的一部分,也不能是函数的参数。比如:
我们很容易看出其等价于 id = 4,但是 MySQL 无法自动解析这个表达式,使用函数是同样的道理。
前缀索引
如果列很长,通常可以索引开始的部分字符,这样可以有效节约索引空间,从而提高索引效率。
多列索引和索引顺序
在多数情况下,在多个列上建立独立的索引并不能提高查询性能。理由非常简单,MySQL 不知道选择哪个索引的查询效率更好。
所以在老版本,比如 MySQL 5.0 之前就会随便选择一个列的索引,而新的版本会采用合并索引的策略。
举个简单的例子,在一张电影演员表中,在 actor_id 和 film_id 两个列上都建立了独立的索引,然后有如下查询:
老版本的 MySQL 会随机选择一个索引,但新版本做如下的优化:
- 当出现多个索引做相交操作时(多个 AND 条件),通常来说一个包含所有相关列的索引要优于多个独立索引。
- 当出现多个索引做联合操作时(多个 OR 条件),对结果集的合并、排序等操作需要耗费大量的 CPU 和内存资源,特别是当其中的某些索引的选择性不高,需要返回合并大量数据时,查询成本更高。所以这种情况下还不如走全表扫
因此 explain 时如果发现有索引合并(Extra 字段出现 Using union),应该好好检查一下查询和表结构是不是已经是最优的。
如果查询和表都没有问题,那只能说明索引建的非常糟糕,应当慎重考虑索引是否合适,有可能一个包含所有相关列的多列索引更适合。
前面我们提到过索引如何组织数据存储的,从图中可以看到多列索引时,索引的顺序对于查询是至关重要的。
很明显应该把选择性更高的字段放到索引的前面,这样通过第一个字段就可以过滤掉大多数不符合条件的数据。
索引选择性是指不重复的索引值和数据表的总记录数的比值,选择性越高查询效率越高,因为选择性越高的索引可以让 MySQL 在查询时过滤掉更多的行。唯一索引的选择性是 1,这是最好的索引选择性,性能也是最好的。
理解索引选择性的概念后,就不难确定哪个字段的选择性较高了,查一下就知道了,比如:
是应该创建(staff_id,customer_id)的索引还是应该颠倒一下顺序?执行下面的查询,哪个字段的选择性更接近 1 就把哪个字段索引前面就好。
多数情况下使用这个原则没有任何问题,但仍然注意你的数据中是否存在一些特殊情况。
举个简单的例子,比如要查询某个用户组下有过交易的用户信息:
MySQL 为这个查询选择了索引(user_group_id,trade_amount),如果不考虑特殊情况,这看起来没有任何问题。
但实际情况是这张表的大多数数据都是从老系统中迁移过来的,由于新老系统的数据不兼容,所以就给老系统迁移过来的数据赋予了一个默认的用户组。
这种情况下,通过索引扫描的行数跟全表扫描基本没什么区别,索引也就起不到任何作用。
推广开来说,经验法则和推论在多数情况下是有用的,可以指导我们开发和设计,但实际情况往往会更复杂,实际业务场景下的某些特殊情况可能会摧毁你的整个设计。