MySQL性能优化——索引

一、MySQL中索引的语法

1. 创建索引

    1. 在创建表的时候添加索引

CREATE TABLE mytable(  
    ID INT NOT NULL,   
    username VARCHAR(16) NOT NULL,  
    INDEX [indexName] (username(length))  
); 

    2. 在创建表以后添加索引

ALTER TABLE my_table ADD [UNIQUE] INDEX index_name(column_name);
或者
CREATE INDEX index_name ON my_table(column_name);

注意：

1、索引需要占用磁盘空间，因此在创建索引时要考虑到磁盘空间是否足够

2、创建索引时需要对表加锁，因此实际操作中需要在业务空闲期间进行

2. 根据索引查询

具体查询：
SELECT * FROM table_name WHERE column_1=column_2;(为column_1建立了索引)
 
或者模糊查询
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '%三'
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '三%'
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '%三%'
 
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '_好_'
 
如果要表示在字符串中既有A又有B，那么查询语句为：
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '%A%' AND column_1 LIKE '%B%';
 
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '[张李王]三';  //表示column_1中有匹配张三、李三、王三的都可以
SELECT * FROM table_name WHERE column_1 LIKE '[^张李王]三';  //表示column_1中有匹配除了张三、李三、王三的其他三都可以
 
//在模糊查询中，%表示任意0个或多个字符；_表示任意单个字符（有且仅有），通常用来限制字符串长度;[]表示其中的某一个字符；[^]表示除了其中的字符的所有字符
 
或者在全文索引中模糊查询
SELECT * FROM table_name WHERE MATCH(content) AGAINST('word1','word2',...);

3. 删除索引

DROP INDEX my_index ON tablename；
或者
ALTER TABLE table_name DROP INDEX index_name;

 

4. 查看表中的索引

SHOW INDEX FROM tablename
查看查询语句使用索引的情况

//explain 加查询语句
explain SELECT * FROM table_name WHERE column_1='123';

二、索引的优缺点

优势：可以快速检索，减少I/O次数，加快检索速度；根据索引分组和排序，可以加快分组和排序；

劣势：索引本身也是表，因此会占用存储空间，一般来说，索引表占用的空间的数据表的1.5倍；索引表的维护和创建需要时间成本，这个成本随着数据量增大而增大；构建索引会降低数据表的修改操作（删除，添加，修改）的效率，因为在修改数据表的同时还需要修改索引表；

三、索引的分类

常见的索引类型有：主键索引、唯一索引、普通索引、全文索引、组合索引

1、主键索引：即主索引，根据主键pk_clolum（length）建立索引，不允许重复，不允许空值；

ALTER TABLE 'table_name' ADD PRIMARY KEY pk_index('col')

2、唯一索引：用来建立索引的列的值必须是唯一的，允许空值

ALTER TABLE 'table_name' ADD PRIMARY KEY pk_index('col')

3、普通索引：用表中的普通列构建的索引，没有任何限制

ALTER TABLE 'table_name' ADD INDEX index_name('col')

4、全文索引：用大文本对象的列构建的索引（下一部分会讲解）

ALTER TABLE 'table_name' ADD FULLTEXT INDEX ft_index('col')

5、组合索引：用多个列组合构建的索引，这多个列中的值不允许有空值

ALTER TABLE 'table_name' ADD INDEX index_name('col1','col2','col3')

*遵循“最左前缀”原则，把最常用作为检索或排序的列放在最左，依次递减，组合索引相当于建立了col1，col1col2，col1col2col3三个索引，而col2或者col3是不能使用索引的。

*在使用组合索引的时候可能因为列名长度过长而导致索引的key太大，导致效率降低，在允许的情况下，可以只取col1和col2的前几个字符作为索引

ALTER TABLE 'table_name' ADD INDEX index_name(col1(4),col2（3))

表示使用col1的前4个字符和col2的前3个字符作为索引

四、索引的实现原理
 

1、哈希索引

哈希索引用索引列的值计算该值的hashCode，然后在hashCode相应的位置存执该值所在行数据的物理位置，因为使用散列算法，因此访问速度非常快，但是一个值只能对应一个hashCode，而且是散列的分布方式，因此哈希索引不支持范围查找和排序的功能。

2、全文索引

FULLTEXT（全文）索引，仅可用于MyISAM和InnoDB，针对较大的数据，生成全文索引非常的消耗时间和空间。对于文本的大对象，或者较大的CHAR类型的数据，如果使用普通索引，那么匹配文本前几个字符还是可行的，但是想要匹配文本中间的几个单词，那么就要使用LIKE %word%来匹配，这样需要很长的时间来处理，响应时间会大大增加，这种情况，就可使用时FULLTEXT索引了，在生成FULLTEXT索引时，会为文本生成一份单词的清单，在索引时及根据这个单词的清单来索引。FULLTEXT可以在创建表的时候创建，也可以在需要的时候用ALTER或者CREATE INDEX来添加：

//创建表的时候添加FULLTEXT索引
CTREATE TABLE my_table(
    id INT(10) PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(10) NOT NULL,
    my_text TEXT,
    FULLTEXT(my_text)
)ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=utf8;
//创建表以后，在需要的时候添加FULLTEXT索引
ALTER TABLE my_table ADD FULLTEXT INDEX ft_index(column_name);
全文索引的查询也有自己特殊的语法，而不能使用LIKE %查询字符串%的模糊查询语法

SELECT * FROM table_name MATCH(ft_index) AGAINST('查询字符串');
注意：

*对于较大的数据集，把数据添加到一个没有FULLTEXT索引的表，然后添加FULLTEXT索引的速度比把数据添加到一个已经有FULLTEXT索引的表快。

*5.6版本前的MySQL自带的全文索引只能用于MyISAM存储引擎，如果是其它数据引擎，那么全文索引不会生效。5.6版本之后InnoDB存储引擎开始支持全文索引

*在MySQL中，全文索引支队英文有用，目前对中文还不支持。5.7版本之后通过使用ngram插件开始支持中文。

*在MySQL中，如果检索的字符串太短则无法检索得到预期的结果，检索的字符串长度至少为4字节，此外，如果检索的字符包括停止词，那么停止词会被忽略。

 

3、BTree索引和B+Tree索引
 

BTree索引
BTree是平衡搜索多叉树，设树的度为2d（d>1），高度为h，那么BTree要满足以一下条件：

每个叶子结点的高度一样，等于h；
每个非叶子结点由n-1个key和n个指针point组成，其中d<=n<=2d,key和point相互间隔，结点两端一定是key；
叶子结点指针都为null；
非叶子结点的key都是[key,data]二元组，其中key表示作为索引的键，data为键值所在行的数据；
BTree的结构如下：

在BTree的机构下，就可以使用二分查找的查找方式，查找复杂度为h*log(n)，一般来说树的高度是很小的，一般为3左右，因此BTree是一个非常高效的查找结构。

B+Tree索引
B+Tree是BTree的一个变种，设d为树的度数，h为树的高度，B+Tree和BTree的不同主要在于：

B+Tree中的非叶子结点不存储数据，只存储键值；
B+Tree的叶子结点没有指针，所有键值都会出现在叶子结点上，且key存储的键值对应data数据的物理地址；
B+Tree的每个非叶子节点由n个键值key和n个指针point组成；
B+Tree的结构如下：

B+Tree对比BTree的优点：

1、磁盘读写代价更低

一般来说B+Tree比BTree更适合实现外存的索引结构，因为存储引擎的设计专家巧妙的利用了外存（磁盘）的存储结构，即磁盘的最小存储单位是扇区（sector），而操作系统的块（block）通常是整数倍的sector，操作系统以页（page）为单位管理内存，一页（page）通常默认为4K，数据库的页通常设置为操作系统页的整数倍，因此索引结构的节点被设计为一个页的大小，然后利用外存的“预读取”原则，每次读取的时候，把整个节点的数据读取到内存中，然后在内存中查找，已知内存的读取速度是外存读取I/O速度的几百倍，那么提升查找速度的关键就在于尽可能少的磁盘I/O，那么可以知道，每个节点中的key个数越多，那么树的高度越小，需要I/O的次数越少，因此一般来说B+Tree比BTree更快，因为B+Tree的非叶节点中不存储data，就可以存储更多的key。

2、查询速度更稳定

由于B+Tree非叶子节点不存储数据（data），因此所有的数据都要查询至叶子节点，而叶子节点的高度都是相同的，因此所有数据的查询速度都是一样的。

更多操作系统内容参考：

硬盘结构

扇区、块、簇、页的区别

操作系统层优化（进阶，初学不用看）

带顺序索引的B+TREE
很多存储引擎在B+Tree的基础上进行了优化，添加了指向相邻叶节点的指针，形成了带有顺序访问指针的B+Tree，这样做是为了提高区间查找的效率，只要找到第一个值那么就可以顺序的查找后面的值。

B+Tree的结构如下：

 
聚簇索引和非聚簇索引
分析了MySQL的索引结构的实现原理，然后我们来看看具体的存储引擎怎么实现索引结构的，MySQL中最常见的两种存储引擎分别是MyISAM和InnoDB，分别实现了非聚簇索引和聚簇索引。

聚簇索引的解释是:聚簇索引的顺序就是数据的物理存储顺序

非聚簇索引的解释是:索引顺序与数据物理排列顺序无关

首先要介绍几个概念，在索引的分类中，我们可以按照索引的键是否为主键来分为“主索引”和“辅助索引”，使用主键建立的索引称为“主索引”，其它的称为“辅助索引”。因此主索引只能有一个，辅助索引可以有很多个。

MyISAM——非聚簇索引

MyISAM存储引擎采用的是非聚簇索引，非聚簇索引的主索引和辅助索引几乎是一样的，只是主索引不允许重复，不允许空值，他们的叶子结点的key都存储指向键值对应的数据的物理地址。
非聚簇索引的数据表和索引表是分开存储的。
非聚簇索引中的数据是根据数据的插入顺序保存。因此非聚簇索引更适合单个数据的查询。插入顺序不受键值影响。
只有在MyISAM中才能使用FULLTEXT索引。(mysql5.6以后innoDB也支持全文索引)

InnoDB——聚簇索引

聚簇索引的主索引的叶子结点存储的是键值对应的数据本身，辅助索引的叶子结点存储的是键值对应的数据的主键键值。因此主键的值长度越小越好，类型越简单越好。
聚簇索引的数据和主键索引存储在一起。
聚簇索引的数据是根据主键的顺序保存。因此适合按主键索引的区间查找，可以有更少的磁盘I/O，加快查询速度。但是也是因为这个原因，聚簇索引的插入顺序最好按照主键单调的顺序插入，否则会频繁的引起页分裂，严重影响性能。
在InnoDB中，如果只需要查找索引的列，就尽量不要加入其它的列，这样会提高查询效率。
 

*使用主索引的时候，更适合使用聚簇索引，因为聚簇索引只需要查找一次，而非聚簇索引在查到数据的地址后，还要进行一次I/O查找数据。

*因为聚簇辅助索引存储的是主键的键值，因此可以在数据行移动或者页分裂的时候降低成本，因为这时不用维护辅助索引。但是由于主索引存储的是数据本身，因此聚簇索引会占用更多的空间。

*聚簇索引在插入新数据的时候比非聚簇索引慢很多，因为插入新数据时需要检测主键是否重复，这需要遍历主索引的所有叶节点，而非聚簇索引的叶节点保存的是数据地址，占用空间少，因此分布集中，查询的时候I/O更少，但聚簇索引的主索引中存储的是数据本身，数据占用空间大，分布范围更大，可能占用好多的扇区，因此需要更多次I/O才能遍历完毕。

下图可以形象的说明聚簇索引和非聚簇索引的区别

从上图中可以看到聚簇索引的辅助索引的叶子节点的data存储的是主键的值，主索引的叶子节点的data存储的是数据本身，也就是说数据和索引存储在一起，并且索引查询到的地方就是数据（data）本身，那么索引的顺序和数据本身的顺序就是相同的；

而非聚簇索引的主索引和辅助索引的叶子节点的data都是存储的数据的物理地址，也就是说索引和数据并不是存储在一起的，数据的顺序和索引的顺序并没有任何关系，也就是索引顺序与数据物理排列顺序无关。

 

此外MyISAM和innoDB的区别总结如下：

InnoDB 支持事务，支持行级别锁定，支持 B-tree、Full-text 等索引，不支持 Hash 索引；
MyISAM 不支持事务，支持表级别锁定，支持 B-tree、Full-text 等索引，不支持 Hash 索引；

五、索引的使用策略
 

什么时候要使用索引？

1. 主键自动建立唯一索引：经常作为查询条件在WHERE或者ORDER BY 语句中出现的列要建立索引；
2. 作为排序的列要建立索引：查询中与其他表关联的字段，外键关系建立索引
3. 高并发条件下倾向组合索引：用于聚合函数的列可以建立索引，例如使用了max(column_1)或者count(column_1)时的column_1就需要建立索引

什么时候不要使用索引？

1. 经常增删改的列不要建立索引；
2. 有大量重复的列不建立索引；
3. 表记录太少不要建立索引。只有当数据库里已经有了足够多的测试数据时，它的性能测试结果才有实际参考价值。如果在测试数据库里只有几百条数据记录，它们往往在执行完第一条查询命令之后就被全部加载到内存里，这将使后续的查询命令都执行得非常快--不管有没有使用索引。只有当数据库里的记录超过了1000条、数据总量也超过了MySQL服务器上的内存总量时，数据库的性能测试结果才有意义。

六、索引的优化
 

1、最左前缀

索引的最左前缀和和B+Tree中的“最左前缀原理”有关，举例来说就是如果设置了组合索引<col1,col2,col3>那么以下3中情况可以使用索引：col1，<col1,col2>，<col1,col2,col3>，其它的列，比如<col2,col3>，<col1,col3>，col2，col3等等都是不能使用索引的。

根据最左前缀原则，我们一般把排序分组频率最高的列放在最左边，以此类推。

2、带索引的模糊查询优化

在上面已经提到，使用LIKE进行模糊查询的时候，'%aaa%'不会使用索引，也就是索引会失效。如果是这种情况，只能使用全文索引来进行优化（上文有讲到）。

3、为检索的条件构建全文索引，然后使用

SELECT * FROM tablename MATCH(index_colum) ANGAINST(‘word’);
4、使用短索引

对串列进行索引，如果可能应该指定一个前缀长度。例如，如果有一个CHAR(255)的 列，如果在前10 个或20 个字符内，多数值是惟一的，那么就不要对整个列进行索引。短索引不仅可以提高查询速度而且可以节省磁盘空间和I/O操作。

 

七、索引失效

1、最佳左前缀原则——如果索引了多列，要遵守最左前缀原则。指的是查询要从索引的最左前列开始并且不跳过索引中的列。

2、不在索引列上做任何操作（计算，函数，（自动或者手动）类型装换），会导致索引失效而导致全表扫描

3、存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列，范围之后索引失效。（< ,> between and）

图一索引全部使用到。图二索引使用到username和age，但是username是使用索引检索，而age着重索引排序，这时age为范围查找，password索引将失效

4、mysql使用不等于(!= 或者<>)的时候，无法使用索引，会导致索引失效

5、mysql中使用is not null会导致无法使用索引

分析：对username列做了普通索引，查询带is not null，结果索引不生效

6、mysql中like查询是以%开头，索引会失效变成全表扫描，覆盖索引。

分析：对username列做了普通索引，以%开头进行查询，结果索引失效被覆盖

7、mysql中，字符串不加单引号索引会失效。正确写法：select * from t_user where username = 'lujin';

8、mysql中，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)。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

9、如果mysql使用全表扫描要比使用索引快,则不会使用到索引
 

来源：https://my.oschina.net/ProgramerLife/blog/3089006