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索引

索引是一种能提高数据库查询效率的数据结构。它可以比作一本字典的目录,可以帮你快速找到对应的记录。

索引分类

mysql_index

数据结构维度

B+树索引

B+树结构上和二叉树类似,每个节点左侧元素的值比父元素小,右侧比父元素大;不过每个节点的子节点不止两个了,而是多个。按照取值范围划分为多叉,每叉定义了子节点页中值的上限和下限,并指向一个子节点,每个节点中的元素按从小到大排列。中间节点不存储数据,只有叶节点存储数据,叶节点之间通过指针相连,形成链表。

innodb 一页默认 16KB,指针和主键一般占用 8+8=16B, 因此 B+ 树一页能存 16KB/16B = 1000 条索引,两层就能存百万级,叶节点数据按 1KB 计,1页能存10行数据,这样三层能存千万量级的数据了左右了,因此千万量级的数据查三层索引就能检索到。此外根节点一般常驻内存,所以实际只需要2次磁盘IO

B+树 VS 二叉树

  1. 高度不同。磁盘的加载次数和树高相关,B+树更矮胖,磁盘加载次数更少
  2. B+树 顺序遍历效率更高

B+树 VS B树

  1. B树会在非叶子结点上存数据。因此同一个 16KB 的页上,B树能存的键比 B+ 树少,导致B树更高,加载磁盘次数就更多。

  2. 另外叶子节点存了数据,且是按顺序排列的,链表连着的。那么 B+树使得范围查找、排序查找、分组查找以及去重查找变得异常简单。

  3. B+ 树由于将数据都存到了叶子结点上,取叶子节点数据的时间是固定的 O(深度)。B树则可能少于深度,因而有可能更快的返回

mysql_index3

Hash 索引

只有 Memory 引擎显式支持哈希索引,这也是 Memory 引擎的默认索引类型。

查找较快,但不支持范围查找、组合索引、排序。

Memory 引擎已于 8.0 版本后移除

自适应哈希索引

自适应哈希索引是 InnoDB 引擎的一个特殊功能,当它注意到很多SQL存在很长的寻路,并且有很多 SQL 命中相同的页面 (page),InnoDB 会在自己的内存缓冲区(buffer) 里,开辟一块区域,建立自适应哈希索引 AHI,以加速查询。

这是一个完全自动的内部行为,用户无法控制或配置,但可以关闭该功能。

全文索引

通过分词做的倒排索引,可以很快搜索 %关键词% 这样的查询

R-Tree 索引

用来对 GIS 地理数据类型创建空间索引

物理存储维度

聚簇索引

聚簇索引:将数据存储与索引放到了一块,找到索引也就找到了数据。InnoDB 的主键索引使用的是这个。

非聚簇索引:将数据存储与索引分开的结构,存的是主键值。InnoDB 的二级/辅助索引,和 MyISAM 的索引都是这种类型。

聚簇索引不是一种索引类型,而是一种数据存储方式。InnoDB 的聚簇索引实际上在同一个结构中保存了索引和数据行,在叶子页上。

因为无法同时把数据行存放在两个不同的地方,所以一个表只能有一个聚簇索引。

优点:

  1. 可以把相关数据保存在一起。数据访问更快,不需要根据主键 ID 进行二次查找。
  2. 使用覆盖索引扫描的查询可以直接使用页节点中的主键值。

缺点:

  1. 更新聚簇索引列的代价很高,因为会强制每个被更新的行移动到新位置。
  2. 基于聚簇索引的表插入新行或主键被更新导致行移动时,可能导致页分裂,表会占用更多磁盘空间。
  3. 当行稀疏或由于页分裂导致数据存储不连续时,全表扫描可能很慢。

覆盖索引

覆盖索引指一个索引包含或覆盖了所有需要查询的字段的值,不再需要根据索引回表查询数据。

联合索引

mysql_index2

联合索引遵循最左匹配

以该图为例,查找 WHERE name LIKE '小%' AND age = 28 时,先根据联合索引里的 name 字段查找出 "小" 开头的索引,再用 age 过滤。

索引的分裂

B+树的分裂

当一个结点满时,新建一个结点,并将原结点中 1/2 的数据复制到新结点,最后在父结点中增加新结点的指针。

B树的分裂

当一个结点满时:

如果它的下一个兄弟结点未满,那么将一部分数据移到兄弟结点中,再在原结点插入关键字,最后修改父结点中兄弟结点的关键字(因为兄弟结点的关键字范围改变了)。

如果兄弟也满了,则在原结点与兄弟结点之间增加新结点,并各复制 1/3 的数据到新结点(大家都剩 2/3),最后在父结点增加新结点的指针。

所以,B树分配新结点的概率比B+树要低,空间使用率更高

 

B+树节点的删除

InnoDB 下可以设置一个 MERGE_THRESHOLD,当节点的数据填充率低于该值时,会触发节点合并。

参考

吴师兄 - 32 道 MySQL 面试题总结

帅地 - 为啥文件索引要用B树而不用二叉查找树?

sunshine_lyn - 快速了解B+树的插入、删除操作

捡田螺的小男孩 - 给了几条SQL,问需要执行几次树搜索操作