⑩② 【MySQL索引】详解MySQL`索引`：结构、分类、性能分析、设计及使用规则。-编程知识

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MySQL索引

⑩② 【MySQL索引】
- 1. 索引
- 2. 索引的结构
- - 🚀B+树索引
  - 🚀Hash索引
  - 🚀思考题
- 3. 索引的分类
- 4. 创建、查看、删除索引
- 5. SQL性能分析
- - 🚀SQL执行频率
  - 🚀慢查询日志
  - 🚀SQL性能分析
  - - - profile详情
    - - explain执行计划
- 6. 索引的使用规则
- 7. 索引设计原则

⑩② 【MySQL索引】

1. 索引

索引：

什么是索引(index) ?
索引(index)是帮助MySQL高效获取数据的数据结构(有序)：在数据之外，数据库系统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上实现高级查找算法，这种数据就是索引。
索引的优缺点？
优势：
- ⚪提高数据检索效率，降低数据库IO成本；
- ⚪通过索引列对数据进行排序，降低数据排序的成本，降低CPU的消耗；
劣势：
- ⚪索引列需要占用空间，比无索引结构占用的空间更大。
- ⚪索引虽大大提高了查询效率，但与此同时却降低了更新表的速度，如对表进行INSERT \ UPDATE \ DELETE 时，效率降低。

2. 索引的结构

索引结构：

MySQL的索引是在存储引擎层实现的，不同的存储引擎有不同的结构。
①B+Tree索引：最常见的索引类型，大部分引擎都支持B+树索引。
②Hash索引：底层数据结构是用哈希表实现的，只有精确匹配索引列的查询才有效，不支持范围查询。
③R-tree(空间索引)：空间索引是MyISAM引擎的一个特殊索引类型，只要用于地理空间数据类型，较少使用。
④Full-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ES(Elasticsearch)。

🚀B+树索引

B+Tree索引：

特征：
- ①每个节点最多可存放4个元素，五个指针。
- ②叶子节点形成链表，存储了树的所有元素。
- ③指针指向当前元素区间内的元素。
MySQL索引数据结构对经典的B+Tree进行了优化。在原本B+树的基础上，增加一个指向相邻叶子节点的链表指针，就形成了带有顺序指针的B+Tree，提高区间访问的性能。

🚀Hash索引

Hash索引：

哈希索引就是采用一定的hash算法，将键值换算成新的hash值，映射到对应的槽位上，然后存储在hash表中。
哈希碰撞问题
如果出现两个或多个键值映射到同一个槽位上，也就是出现hash碰撞时，可以通过链表解决问题。
Hash索引特点
- 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Hash索引完成排序操作
- ③查询效率高，通常只需要一次检索就可以完成，效率通常要高于B+Tree索引
MySQL数据库中，支持hash索引的是Memory引擎，而InnoDB中具有自适应hash功能，hash索引是存储引擎根据B+Tree索引在指定条件下自动构建的。

🚀思考题

为什么InnoDB存储引擎选择使用B+Tree索引结构？
- ⚪相对于二叉树，层级更少，搜索效率更高；
- ⚪对于BTree，无论是叶子节点还是非叶子节点，都会保存数据，这样导致一页中存储的键值减少，指针跟着减少，要同样保存大量数据，只能增加树的高度，会导致性能下降；
- ⚪相对Hash索引，B+Tree索引支持范围匹配和排序操作；

3. 索引的分类

索引分类：

①主键索引 —— PRIMARY
②唯一索引 —— UNIQUE
③常规索引
④全文索引 —— FULLTEXT
在InnoDB存储引擎中，根据索引的存储形式，又可以分为两种
- ⚪聚集索引(Clustered Index)：B+Tree叶子节点下挂载这一行的数据 。
- - ①如果存在主键，主键索引就是聚集索引。
  - ②如果不存在主键，将使用第一个唯一索引**(UNIQUE)作为聚集索引。**
  - ③如果表没有主键，也没有合适的唯一索引，InnoDB自动生成一个rowid作为隐藏的聚集索引。
- ⚪二级索引(Secondary Index)：B+Tree叶子节点下挂载这一行的id 。

4. 创建、查看、删除索引

索引操作：

🚀创建索引

-- 使用UNIQUE关键字，创建唯一索引
-- 使用FULLTEXT关键字，创建全文索引
-- 不指定上述两者，创建常规索引
CREATE [UNIQUE | FULLTEXT] INDEX 索引名 ON 表名(字段1,字段2...);

🚀查看索引
- ```
SHOW INDEX FROM 表名;
```
🚀删除索引
- ```
DROP INDEX 字段名 ON 表名;
```

-- 演示：-- 操作的表tb_user
create table tb_user(id int primary key auto_increment comment '主键',name varchar(50) not null comment '用户名',phone varchar(11) not null comment '手机号',email varchar(100) comment '邮箱',profession varchar(11) comment '专业',age tinyint unsigned comment '年龄',gender char(1) comment '性别 , 1: 男, 2: 女',status char(1) comment '状态',createtime datetime comment '创建时间'
) comment '系统用户表';-- 查询索引
show index from tb_user;-- 查询所有，竖向显示
show index from tb_user \G;-- 1.name字段为姓名字段，该字段的值可能会重复，为该字段创建索引。
create index idx_user_name on tb_user(name);-- 2.phone手机号字段的值，是非空，且唯一的，为该字段创建唯一索引。
create unique index idx_user_phone on tb_user(phone);-- 3.为profession、age、status创建联合索引。
create index idx_user_pro_age_sta on tb_user(profession,age,status);-- 4.为email建立合适的索引来提升查询效率。
create index idx_user_email on tb_user(email);-- 删除索引idx_user_email
drop index idx_user_email on tb_user;

5. SQL性能分析

🚀SQL执行频率

SQL执行频率：

MySQL客户端连接成功后，通过show [session | global] status命令可以提供服务器状态信息。还可以通过show global status like 'Com_______'命令，查看当前数据库的INSERT \ UPDATE \ DELETE \ SELECT的访问频次。
🚀查看服务器状态信息
- ```
SHOW [SESSION | GLOBAL] STATUS;
```
🚀查看当前数据库的INSERT \ UPDATE \ DELETE \ SELECT的访问频次

-- 模糊匹配中有七个下划线'_'
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Com_______';

🚀慢查询日志

慢查询日志：

慢查询日志记录了所有执行事件超过指定参数long_query_time，单位：秒，默认10秒的所有SQL语句的日志。
🚀MySQL的慢查询日志默认没有开启，需要在MySQL的配置文件/etc/my.cnf中配置相应信息：

# /etc/my.cnf文件内：
#开启MySQL慢查询开关
slow_query_log=1#设置慢日志的时间为2秒，SQL语句执行超过2秒，被视为慢查询，记录慢查询日志
long_query_time=2

# 修改MySQL配置文件/etc/my.cnf【Linux环境下】
vi /etc/my.cnf# 1. 按i键进行编辑
# 2. 寻找合适位置，输入上文给出的配置信息
# 3. 按Esc键推出编辑，输入:wq并回车保存退出# 重启mysql服务器
systemctl restart mysqld

🚀查询慢查询日志是否开启

-- OFF代表关闭
-- ON表示开启
SHOW VARIABLES LIKE 'slow_query_log';

🚀查看慢查询日志内容[Linux环境下]

# 慢查询日志保存在：/var/lib/mysql/localhost-slow.log 文件下
cat /var/lib/mysql/localhost-slow.log

🚀SQL性能分析

- profile详情

profile详情：

show profiles能够在做SQL优化时帮助我们了解时间都耗费在哪里了，通过have_profiling参数，能够看到当前MySQL是否支持查看profile详情。
🚀查看MySQL是否支持查看profile详情
- ```
select @@have_profiling;
```
🚀开启profiling (默认profiling是关闭的，可使用set语句在session/global级别开启)

-- 查看profiling开关是否开启
select @@profiling;-- 开启profiling
set profiling=1;

🚀查看每一条SQL耗时基本情况
- ```
show profiles;
```
🚀查看指定query_id的SQL语句各个阶段的耗时情况
- ```
show profile for query query_id;
```
🚀查看指定query_id的SQL语句各个阶段耗时以及CPU使用情况
- ```
show profile cpu for query query_id;
```

- explain执行计划

explain执行计划:

EXPLAIN或者DESC命令获取MySQL如何执行SELECT语句的信息，包括在SELECT语句执行过程中表如何连接和连接的顺序。
🚀查看SELECT语句执行计划（直接在select语句前加上explain / desc）

EXPLAIN SELECT 字段列表 FROM 表名 WHERE 条件;
-- 或
DESC SELECT 字段列表 FROM 表名 WHERE 条件;

EXPLAIN执行计划各个字段含义:
- ⚪id：select查询的序列号，表示查询中执行select子句或者是操作表的顺序（id相同则执行顺序从上到下 、id不同则**值越大越先执行 **）
- ⚪select_type：表示select查询的类型，常见的有：SIMPLE（简单表，不使用表连接或子查询）、PRIMARY（主查询，即外层的查询）、UNION(UNION中的第二个或者后面的查询语句)、SUBQUERY(select / where 之后包含了子查询)…
- ⚪type：表示连接类型，性能由好到差的连接类型为：NULL、system、const、eq_ref、ref、range、index、all。
- ⚪possible_key：显示可能引用在这张表上的索引，一个或多个。
- ⚪Key：实际使用的索引，如果为NULL，表示没有使用索引。
- ⚪Key_len：表示索引中使用的字节数，该值为索引字段最大可能长度，并非实际使用长度，在不损失精确性的前提下，长度越短越好。
- ⚪rows：MySQL认为必须要执行查询的行数，在innodb引擎的表中，是一个估计值，可能并不总是准确的。
- ⚪filtered：表示返回结果的行数占需读取行数的百分比，filtered的值越大越好。

6. 索引的使用规则

最左前缀法则：

如果索引了多列（联合索引），要遵守最左前缀法则。最左前缀法则指的是查询从索引的最左列开始，并且不跳过索引中的列。如果跳跃某一列，索引将部分失效（后面的字段索引失效）。

范围查询：

联合索引中，出现范围查询(>，<)，范围查询右侧的列索引失效。

索引列运算：

不要再索引列上进行运算操作(max() avg() count()等)，否则索引会失效

字符串不加引号：

字符串类型字段使用时，若不加引号''，索引失效

模糊查询：

如果仅仅是字符串尾部模糊匹配，索引不会失效。如果是字符串头部模糊匹配，索引失效。

使用or来连接条件：

用or分割开的条件，如果or前的条件中的列有索引，而or后面的列中没有索引，那么涉及的索引都不会被用到。即or连接的条件都需建立索引才能使得索引生效。

数据分布影响：

如果MySQL评估使用索引比全表更慢，则不使用索引。

SQL提示：

SQL提示，是优化数据库的一个重要手段，简单来说，就是在SQL语句中加入一些人为的提示来达到优化操作的目的。

use index()：建议查询时使用指定索引

SELECT 字段列表 FROM 表名 [USE INDEX(索引名)] WHERE 条件;

ignore index()：建议查询时忽略指定索引

SELECT 字段列表 FROM 表名 [IGNORE INDEX(索引名)] WHERE 条件;

force index()：查询时强制使用指定索引

SELECT 字段列表 FROM 表名 [FORCE INDEX(索引名)] WHERE 条件;

覆盖索引 ：

== 应当尽量使用覆盖索引（查询使用了索引，并且需要返回的列，在该索引中已经全部能够找到），从而减少 select * 的使用。 ==

explain查看查询计划时，最后一个字段Extra的显示：
- using index condition：查找使用了索引，但是需要回表查询数据。
- using where；using index：查找使用了索引，但是需要的数据都在索引列中能找到，所以不需要回表查询数据。
思考题：
答：为id、password字段创建联合索引，这样就实现了覆盖索引，且不需要回表查询，效率高。

前缀索引：

当字段类型为字符串(varchar,text等)时，有时候需要索引很长的字符串，这会让索引变得很大，查询时，浪费大量的磁盘IO,影响查询效率。此时可以只将字符串的一部分前缀，建立索引，这样可以大大节约索引空间，从而提高索引效率 。

🚀选取部分前缀建立索引

CREATE INDEX 索引名 ON 表名(column(前缀长度));

前缀长度：
- 可以根据索引的选择性来决定，而选择性是指不重复的索引值（基数）和数据表的记录总数的比值，索引选择性越高则查询效率越高，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。
- ```
-- 计算tb_user表 字段email 的选择性
select count(distinct email) / count(*) from tb_user;-- 原本基础上，设置前缀长度为5，计算选择性
select count(distinct substring(email,1,5)) / count(*) from tb_user;
```

单列索引和联合索引：

单列索引：一个索引只包含单个列
联合索引：一个索引包含了多个列
在业务场景中，如果存在多个查询条件，考虑针对查询字段检索引时，建议建立联合索引，而非单列索引。

7. 索引设计原则

1.针对于数据量较大，且查询比较频繁的表建立索引。
2.针对于常作为查询条件(where)、排序(order by)、分组(group by)操作的字段建立索引。
3.尽量选择区分度高的列作为索引，尽量建立唯一索引，区分度越高，使用索引的效率越高。
4.如果是字符串类型的字段，字段的长度较长，可以针对于字段的特点，建立前缀索引。
5.尽量使用联合索引，减少单列索引，查询时，联合索引很多时候可以覆盖索引，节省存储空间，避免回表，提高查询效率。
6.要控制索引的数量，索引并不是多多益善，索引越多，维护索引结构的代价也就越大，会影响增删改的效率。
7.如果索引列不能存储NULL值，请在创建表时使用NOT NULL约束它。当优化器知道每列是否包含NULL值时，它可以更好地确定哪个索引最有效地用于查询。