细说MySql索引原理

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS PostgreSQL,集群系列 2核4GB
简介: 细说MySql索引原理

MySQL索引


MySQL索引的建立对于MySQL的高效运行是很重要的,索引可以大大提高MySQL的检索速度。


可以类比字典,如果要查“mysql”这个单词,我们肯定需要定位到m字母,然后从下往下找到y字母,再找到剩下的sql。如果没有索引,那么你可能需要把所有单词看一遍才能找到你想要的,如果我想找到m开头的单词呢?或者ze开头的单词呢?是不是觉得如果没有索引,这个事情根本无法完成?


索引类型


MySQL目前主要有以下几种索引类型:


1.普通索引


2.唯一索引


3.主键索引


4.组合索引


5.全文索引

索引创建

普通索引

这是最基本的索引,它没有任何限制。创建方式:

CREATE INDEX indexName ON table_name (column_name)


主键索引

是一种特殊的唯一索引,一个表只能有一个主键,不允许有空值。一般是在建表的时候同时创建主键索引:

CREATE TABLE `table_name` (`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT ,`title` char(255) NOT NULL ,PRIMARY KEY (`id`));


组合索引

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。使用组合索引时遵循最左前缀集合:

ALTER TABLE `table_name` ADD INDEX name_city_age (name,city,age);

全文索引

全文索引(也称全文检索)是目前搜索引擎使用的一种关键技术。它能够利用【分词技术】等多种算法智能分析出文本文字中关键词的频率和重要性,然后按照一定的算法规则智能地筛选出我们想要的搜索结果。

创建方式:

CREATE FULLTEXT INDEX index_content ON table_name(content)

索引的数据结构


首先,数据库索引使用树来存储,因为树的查询效率高,而且二叉查找树还可以保持数据的有序。


那么索引为什么没有使用二叉树来实现呢?


其实从算法逻辑上讲,二叉查找树的查找速度和比较次数都是最小的,但是从Mysql的角度讲,我们不得不考虑一个现实问题:磁盘IO。


当我们利用索引查询的时候,不可能把整个索引全部加载到内存,只能逐一加载每个磁盘页,磁盘页对应索引树的节点。

那么Mysql衡量查询效率的标准就是磁盘IO次数。


如果我们利用二叉树作为索引结构,那么磁盘的IO次数和索引树的高度是相关的。

那么为了提高查询效率,就需要减少磁盘IO数。为了减少磁盘IO的次数,就需要尽量降低树的高度,需要把原来“瘦高”的树结构变的“矮胖”,树的每层的分叉越多越好,因此b+树正好符合我们的要求。


b+树

b+ 树的特点是能够保持数据稳定有序,其插入与修改拥有较稳定的对数时间复杂度。

我们先来看看b+树存储结构,比如有一张用户表(user),数据如下:


id

 其他字段

3

5

9

10

13

15

28

29

36

60

75

79

91

95


相应b+树,如下图:


如上图,这就是一个b+树。其中浅蓝色的块我们称之为一个磁盘块,可以看到每个磁盘块包含几个数据项(深蓝色所示)和指针(黄色所示),如磁盘块1包含数据项17和35,包含指针P1、P2、P3,P1表示小于17的磁盘块,P2表示在17和35之间的磁盘块,P3表示大于35的磁盘块。真实的数据存在于叶子节点即3、5、9、10、13、15、28、29、36、60、75、79、91、95。非叶子节点只不存储真实的数据,只存储指引搜索方向的数据项,如17、35并不真实存在于数据表中。


b+树的查找过程

比如,查询id为29的记录:

select * from  where  id=29

如上图所示,如果要查找数据项29,那么首先会把磁盘块1由磁盘加载到内存,此时发生一次IO,在内存中用二分查找确定29在17和35之间,锁定磁盘块1的P2指针,内存时间因为非常短(相比磁盘的IO)可以忽略不计,通过磁盘块1的P2指针的磁盘地址把磁盘块3由磁盘加载到内存,发生第二次IO,29在26和30之间,锁定磁盘块3的P2指针,通过指针加载磁盘块8到内存,发生第三次IO,同时内存中做二分查找找到29,结束查询,总计三次IO。


真实的情况是,3层的b+树可以表示上百万的数据,如果上百万的数据查找只需要三次IO,性能提高将是巨大的,如果没有索引,每个数据项都要发生一次IO,那么总共需要百万次的IO,显然成本非常非常高。

缺点

上面说明都是索引的优点,索引同样的也存在缺点:


1.虽然索引大大提高了查询速度,同时却会降低更新表的速度,如对表进行insert、update和delete。因为更新表时,不仅要保存数据,还要保存一下索引文件。


2.建立索引会占用磁盘空间的索引文件。一般情况这个问题不太严重,但如果你在一个大表上创建了多种组合索引,索引文件的会增长很快。


3.索引只是提高效率的一个因素,如果有大数据量的表,就需要花时间研究建立最优秀的索引,或优化查询语句。

最后

MySQL改善查询性能改善的最好方式,只有我们明白索引的原理,才能更合理地使用索引!

文章首发于公众号【编程乐趣】,欢迎大家关注。

相关实践学习
如何快速连接云数据库RDS MySQL
本场景介绍如何通过阿里云数据管理服务DMS快速连接云数据库RDS MySQL,然后进行数据表的CRUD操作。
全面了解阿里云能为你做什么
阿里云在全球各地部署高效节能的绿色数据中心,利用清洁计算为万物互联的新世界提供源源不断的能源动力,目前开服的区域包括中国(华北、华东、华南、香港)、新加坡、美国(美东、美西)、欧洲、中东、澳大利亚、日本。目前阿里云的产品涵盖弹性计算、数据库、存储与CDN、分析与搜索、云通信、网络、管理与监控、应用服务、互联网中间件、移动服务、视频服务等。通过本课程,来了解阿里云能够为你的业务带来哪些帮助     相关的阿里云产品:云服务器ECS 云服务器 ECS(Elastic Compute Service)是一种弹性可伸缩的计算服务,助您降低 IT 成本,提升运维效率,使您更专注于核心业务创新。产品详情: https://www.aliyun.com/product/ecs
相关文章
|
9天前
|
关系型数据库 MySQL Linux
MySQL原理简介—6.简单的生产优化案例
本文介绍了数据库和存储系统的几个主题: 1. **MySQL日志的顺序写和数据文件的随机读指标**:解释了磁盘随机读和顺序写的原理及对数据库性能的影响。 2. **Linux存储系统软件层原理及IO调度优化原理**:解析了Linux存储系统的分层架构,包括VFS、Page Cache、IO调度等,并推荐使用deadline算法优化IO调度。 3. **数据库服务器使用的RAID存储架构**:介绍了RAID技术的基本概念及其如何通过多磁盘阵列提高存储容量和数据冗余性。 4. **数据库Too many connections故障定位**:分析了MySQL连接数限制问题的原因及解决方法。
|
10天前
|
SQL Java 关系型数据库
MySQL原理简介—3.生产环境的部署压测
本文介绍了Java系统和数据库在高并发场景下的压测要点: 1. 普通系统在4核8G机器上每秒能处理几百个请求 2. 高并发下数据库建议使用8核16G或更高配置的机器 3. 数据库部署后需进行基准压测,以评估其最大承载能力 4. QPS和TPS的区别及重要性 5. 压测时需关注IOPS、吞吐量、延迟 6. 除了QPS和TPS,还需监控CPU、内存、磁盘IO、网络带宽 7. 影响每秒可处理并发请求数的因素包括线程数、CPU、内存、磁盘IO和网络带宽 8. Sysbench是数据库压测工具,可构造测试数据并模拟高并发场景 9. 在增加线程数量的同时,必须观察机器的性能,确保各硬件负载在合理范围
113 72
|
4天前
|
缓存 算法 关系型数据库
MySQL底层概述—8.JOIN排序索引优化
本文主要介绍了MySQL中几种关键的优化技术和概念,包括Join算法原理、IN和EXISTS函数的使用场景、索引排序与额外排序(Using filesort)的区别及优化方法、以及单表和多表查询的索引优化策略。
MySQL底层概述—8.JOIN排序索引优化
|
7天前
|
SQL 存储 关系型数据库
MySQL原理简介—9.MySQL索引原理
本文详细介绍了MySQL索引的设计与使用原则,涵盖磁盘数据页的存储结构、页分裂机制、主键索引设计及查询过程、聚簇索引和二级索引的原理、B+树索引的维护、联合索引的使用规则、SQL排序和分组时如何利用索引、回表查询对性能的影响以及索引覆盖的概念。此外还讨论了索引设计的案例,包括如何处理where筛选和order by排序之间的冲突、低基数字段的处理方式、范围查询字段的位置安排,以及通过辅助索引来优化特定查询场景。总结了设计索引的原则,如尽量包含where、order by、group by中的字段,选择离散度高的字段作为索引,限制索引数量,并针对频繁查询的低基数字段进行特殊处理等。
MySQL原理简介—9.MySQL索引原理
|
5天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
MySQL底层概述—6.索引原理
本文详细回顾了:索引原理、二叉查找树、平衡二叉树(AVL树)、红黑树、B-Tree、B+Tree、Hash索引、聚簇索引与非聚簇索引。
MySQL底层概述—6.索引原理
|
7天前
|
SQL 监控 关系型数据库
MySQL原理简介—12.MySQL主从同步
本文介绍了四种为MySQL搭建主从复制架构的方法:异步复制、半同步复制、GTID复制和并行复制。异步复制通过配置主库和从库实现简单的主从架构,但存在数据丢失风险;半同步复制确保日志复制到从库后再提交事务,提高了数据安全性;GTID复制简化了配置过程,增强了复制的可靠性和管理性;并行复制通过多线程技术降低主从同步延迟,保证数据一致性。此外,还讨论了如何使用工具监控主从延迟及应对策略,如强制读主库以确保即时读取最新数据。
MySQL原理简介—12.MySQL主从同步
|
9天前
|
SQL 缓存 关系型数据库
MySQL原理简介—7.redo日志的底层原理
本文介绍了MySQL中redo日志和undo日志的主要内容: 1. redo日志的意义:确保事务提交后数据不丢失,通过记录修改操作并在系统宕机后重做日志恢复数据。 2. redo日志文件构成:记录表空间号、数据页号、偏移量及修改内容。 3. redo日志写入机制:redo日志先写入Redo Log Buffer,再批量刷入磁盘文件,减少随机写以提高性能。 4. Redo Log Buffer解析:描述Redo Log Buffer的内存结构及刷盘时机,如事务提交、Buffer过半或后台线程定时刷新。 5. undo日志原理:用于事务回滚,记录插入、删除和更新前的数据状态,确保事务可完整回滚。
|
8天前
|
SQL 缓存 关系型数据库
MySQL原理简介—8.MySQL并发事务处理
这段内容深入探讨了SQL语句执行原理、事务并发问题、MySQL事务隔离级别及其实现机制、锁机制以及数据库性能优化等多个方面。
|
11天前
|
存储 SQL 缓存
MySQL原理简介—2.InnoDB架构原理和执行流程
本文介绍了MySQL中更新语句的执行流程及其背后的机制,主要包括: 1. **更新语句的执行流程**:从SQL解析到执行器调用InnoDB存储引擎接口。 2. **Buffer Pool缓冲池**:缓存磁盘数据,减少磁盘I/O。 3. **Undo日志**:记录更新前的数据,支持事务回滚。 4. **Redo日志**:确保事务持久性,防止宕机导致的数据丢失。 5. **Binlog日志**:记录逻辑操作,用于数据恢复和主从复制。 6. **事务提交机制**:包括redo日志和binlog日志的刷盘策略,确保数据一致性。 7. **后台IO线程**:将内存中的脏数据异步刷入磁盘。
|
7天前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
MySQL原理简介—11.优化案例介绍
本文介绍了四个SQL性能优化案例,涵盖不同场景下的问题分析与解决方案: 1. 禁止或改写SQL避免自动半连接优化。 2. 指定索引避免按聚簇索引全表扫描大表。 3. 按聚簇索引扫描小表减少回表次数。 4. 避免产生长事务长时间执行。

推荐镜像

更多