MySQL学习 ｜ 十一、数据库中的索引

一、索引概述

什么是索引‍‍?

索引（index）是帮助MySQL高效获取数据的有序数据结构。在数据之外，数据库还维护着满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式引用（指向）数据，这样就可以在这些数据结构之上实现高级查找算法，这种数据结构就是索引。‍‍‍‍‍‍‍‍

索引的优点‍‍

    1、提高了检索数据的效率。

    2、通过索引列对数据进行排序，降低数据的排序成本。

索引的缺点：

    1、索引也要占用空间。

    2、索引提高了查询效率的同时也降低了更新数据（INSERT、UPDATE…）的效率。‍‍‍‍‍‍

二、索引的语法

创建索引

CREATE [UNIQUE | FULLTEXT | ] INDEX index_name ON table_name(index_col_name, ...);

查看索引

SHOW INDEX FROM table_name;

删除索引

DROP INDEX index_name ON table_name;

三、索引结构

MySQL的索引是在引擎层实现的，不同的存储引擎有不同的结构，主要包括下面几种：‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

索引结构	描述
B+Tree索引	最常见的索引类型，大部分引擎都支持B+树索引。
Hash索引	底层使用hash表实现的索引，不支持范围查询，只有精确匹配的列才有效。
R-tree索引（空间索引）	空间索引是MyISAM引擎的一个特殊索引类型，主要用于地理空间数据类型，通常使用较少。
Full-text（全文索引）	是一种通过建立倒排索引，快速匹配文档的方式。类似于Lucene，Solr，ES。

不同的索引在各个存储引擎中的支持情况：

索引	InnoDB	MyISAM	Memory
B+Tree索引	支持	支持	支持
Hash索引	不支持	不支持	支持
R-tree索引	不支持	支持	不支持
Full-text（全文索引）	5.6版本之后支持	支持	不支持

数据结构在线模拟：https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html

1、Btree和Btree索引

二叉树（大于祖先节点在右侧，小于祖先节点在左侧）

二叉树的缺点‍‍‍

(1)、顺序插入时会形成一个链表，查询性能大大降低。
(2)、数据量较大的情况下层级较深，检索速度慢。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

红黑树（自平衡的二叉树）‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

红黑树的缺点：数据量较大的情况下层级较深，检索速度慢。

B树（多路平衡二叉树）

以一颗最大度数（max-degree）为5（5阶）的b-tree为例（每个节点最多可存储4个数据，5个指针）。‍‍

树的度数指得是一个节点的子节点的个数。

2、B+树和B+树索引‍‍‍‍

以一棵最大度数为4的b+为例‍‍‍‍‍

（1）、所有的数据都会在叶子结点出现

（2）、叶子结点会形成一个单向列表

MySQL中的B+树

MySQL数据结构对经典的B+树进行了优化。在原有B+树基础之上增加了一个只下过相邻叶子结点的链表指针，就形成了带有顺序指针的B+树，提高了区间访问的性能。

3、hash索引

采用一定的hash算法，将键值转换成新的hash值，映射到对应到槽位上，然后存储到hash表中。‍‍‍‍‍‍‍‍

如果两个（或多个）键值映射到同一个槽位上，他们就产生了hash冲突（也成hash碰撞），hash冲突可以通过链表来解决。‍

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Hash索引的特点：

（1）、hash索引只能用于对等比较（=，in），不支持范围查询（between，<， >）。‍‍

（2）、无法利用索引完成排序。‍

（3）、查询效率高，通常只需要一次检索即可（hash冲突时会去查询链表），效率高于B+tree索引。‍‍‍‍‍

思考：为什么InnoDB索引选择B+树而非二叉树或者红黑树或者B树？‍‍‍‍‍‍

如果是顺序插入的话，二叉树会形成链表，导致树的层级较深，从而降低查找的效率，红黑树本质也是二叉树，也会有该问题。相对于二叉树，B+树层级更少，效率更高。‍‍‍‍‍‍‍

B树非叶子结点也会存储数据，导致磁盘页上存放的数据变少，相同数据量的情况下，树的高度会增加，导致效率降低。B+树的叶子节点为双向链表，便于范围查询和排序。‍‍‍‍‍

Hash索引不支持范围查询和排序。‍‍‍‍‍

四、索引分类

分类	含义	特点	关键字
主键索引	针对于表中主键创建的索引	默认自动创建，只有一个。	PRIMARY
唯一索引	避免同一表中某数据列的值重复	可以有多个	UNIQUE
常规索引	快速定位特定数据	可以有多个
全文索引	全文索引查找的是文本中的关键词，而不是比较索引中的值。	可以有多个	FULLTEXT

在InnoDB存储引擎中，根据索引的存储形式，又可以分为以下两种：

分类	含义	特点
聚集索引（Clustered Index）	将数据存储与索引放在了一起，索引结构的叶子结点保存了行数据。	必须有，而且只有一个。
二级索引（Secondary Index）	将数据与索引分开存储，索引结构的叶子结点关联的是对应的主键。	可以存在多个。

聚集索引的选取规则：‍‍‍‍‍‍‍‍

    1、如果存在主键，主键就是聚集索引。

    2、如果不存在主键，将使用第一个唯一索引作为聚集索引。

    3、如果表没有主键或者没有合适的唯一索引，则InnoDB会自动生成一个rowid作为隐藏的聚集索引。‍‍

聚集索引和二级索引的图示‍‍

聚集索引叶子节点存储的是每一行的数据（row），二级索引每一个叶子结点存储的是对应行的id。

聚集索引和二级索引在查询中的执行过程：‍‍‍

1、首先执行where条件后的查询，使用二级索引根据name拿到id。

2、根据id到聚集索引查询行数据。（回表查询）