索引的出现是为了提高数据查询的效率,就像书的目录一样
索引的常见模型
哈希表
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以键值对存储数据的结构。用一个hash函数把key换算成一个确切的位置,然后把value放在数组的这个位置。
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出现多个key值经过hash后出现同一个值,产生冲突,通过链表解决
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你现在维护着一个身份证信息和姓名的表,需要根据身份证号查找对应的名字
这时若查询ID_card_n2对应的名字:将 ID_card_n2 通过哈希函数算出 N;然后,按顺序遍历,找到 User2
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增加新的数据时,追加就可以;但是因为不是有序的,查询的速度很慢
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哈希的这种结构适用于等值查询的场景
有序数组
- 有序数组在等值查询和范围查询场景中的性能就都非常优秀
如图:有序数组 - 如果要查找ID_card_n2 对应的名字,用二分法就可以快速得到,这个时间复杂度是 O(log(N))。
- 如果仅仅看查询效率,有序数组就是最好的数据结构了。但是,在需要更新数据的时候就麻烦了,你往中间插入一个记录就必须得挪动后面所有的记录,成本太高
- 有序数组索引只适用于静态存储引擎
二叉搜索树
如图:二叉搜素树示意图
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二叉搜索树的特点是:每个节点的左儿子小于父节点,父节点又小于右儿子
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时间复杂度是 O(log(N))
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树可以有二叉,也可以有多叉。多叉树就是每个节点有多个儿子,儿子之间的大小保证从左到右递增。二叉树是搜索效率最高的,但是实际上大多数的数据库存储却并不使用二叉树。其原因是,索引不止存在内存中,还要写到磁盘上
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为了让一个查询尽量少地读磁盘,就必须让查询过程访问尽量少的数据块。那么,我们就不应该使用二叉树,而是要使用“N 叉”树。这里,“N 叉”树中的“N”取决于数据块的大小。
以 InnoDB 的一个整数字段索引为例,这个 N 差不多是 1200。这棵树高是 4 的时候,就可以存 1200 的 3 次方个值,这已经 17 亿了。考虑到树根的数据块总是在内存中的,一个 10 亿行的表上一个整数字段的索引,查找一个值最多只需要访问 3 次磁盘
InnoDB 的索引模型
- 表都是根据主键顺序以索引的形式存放的,这种存储方式的表称为索引组织表
- InnoDB 使用了 B+ 树索引模型,所以数据都是存储在 B+ 树中的。每一个索引在 InnoDB 里面对应一棵 B+ 树。
假设,我们有一个主键列为 ID 的表,表中有字段 k,并且在 k 上有索引。这个表的建表语句是:
mysql> create table T(
id int primary key,
k int not null,
name varchar(16),
index (k))engine=InnoDB;
表中 R1~R5 的 (ID,k) 值分别为 (100,1)、(200,2)、(300,3)、(500,5) 和 (600,6),两棵树的示例示意图如下。
- 叶子节点的内容,索引类型分为主键索引和非主键索引
- 主键索引的叶子节点存的是整行数据。在 InnoDB 里,主键索引也被称为聚簇索引(clustered index)。
- 非主键索引的叶子节点内容是主键的值。在 InnoDB 里,非主键索引也被称为二级索引(secondary index)。
- 基于主键索引和普通索引的查询有什么区别?
普通索引查询方式需要先根据普通索引树,找到后再到主键索引表找一次,这个过程称为回表
基于非主键索引的查询需要多扫描一棵索引树。因此,应用中应该尽量使用主键查询。
索引维护
- B+ 树为了维护索引有序性,在插入新值的时候需要做必要的维护
- 页分裂
- 如果 需要插入所在的数据页已经满了,根据 B+树的算法,这时候需要申请一个新的数据页,然后挪动部分数据过去,产生页分裂。影响性能和数据页的利用率(可能原本放在一个页的数据,现在分到两个页中,整体空间利用率降低大约 50%)
- 合并
- 当相邻两个页由于删除了数据,利用率很低之后,会将数据页做合并。合并的过程,可以认为是分裂过程的逆过程。
- 自增主键
- 自增主键的插入数据模式,正符合了我们前面提到的递增插入的场景。每次插入一条新记录,都是追加操作,都不涉及到挪动其他记录,也不会触发叶子节点的分裂。
- 主键长度越小,普通索引的叶子节点就越小,普通索引占用的空间也就越小
- 什么场景适合用业务字段直接做主键的呢
- 只有一个索引;该索引必须是唯一索引。
对于上面例子中的 InnoDB 表 T
//重建索引 k
alter table T drop index k;
alter table T add index(k);
//重建主键索引
alter table T drop primary key;
alter table T add primary key(id);
重建索引 k 的做法是合理的,可以达到省空间的目的。
但是,重建主键的过程不合理。不论是删除主键还是创建主键,都会将整个表重建。所以连着执行这两个语句的话,第一个语句就白做了。这两个语句,你可以用这个语句代替 : alter table T engine=InnoDB。
本文是通过学习极客时间“MySQL实战45讲”,做的学习笔记,有错误的地方,请网友提出,大家共同学习,后续陆续更新!扫描下方二维码,可以共同学习。