MySQL索引的分类、结构、使用场景

MySQL索引分类

1、主键索引：设定为主键后数据库会自动建立索引，innodb为聚簇索引

语法：

随表一起建索引：
CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),
  PRIMARY KEY(id)
);
unsigned (无符号的)
使用  AUTO_INCREMENT 关键字的列必须有索引(只要有索引就行)。

CREATE TABLE customer2 (id INT(10) UNSIGNED   ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),
  PRIMARY KEY(id)
);

 单独建主键索引：
ALTER TABLE customer
 add PRIMARY KEY customer(customer_no);  

删除建主键索引：
ALTER TABLE customer
 drop PRIMARY KEY ;  

修改建主键索引：
必须先删除掉(drop)原索引，再新建(add)索引

2、单值索引：即一个索引只包含单个列，一个表可以有多个单列索引

随表一起建索引：
CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),
  PRIMARY KEY(id),
  KEY (customer_name)
);
 随表一起建立的索引 索引名同 列名(customer_name)
单独建单值索引：
CREATE  INDEX idx_customer_name ON customer(customer_name); 

删除索引：
DROP INDEX idx_customer_name ;

3、唯一索引：索引列的值必须唯一，但允许有空值

随表一起建索引：
CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),
  PRIMARY KEY(id),
  KEY (customer_name),
  UNIQUE (customer_no)
);
建立 唯一索引时必须保证所有的值是唯一的（除了null），若有重复数据，会报错。  

单独建唯一索引：
CREATE UNIQUE INDEX idx_customer_no ON customer(customer_no); 

删除索引：
DROP INDEX idx_customer_no on customer ;

4、复合索引：即一个索引包含多个列

 随表一起建索引：
CREATE TABLE customer (id INT(10) UNSIGNED  AUTO_INCREMENT ,customer_no VARCHAR(200),customer_name VARCHAR(200),
  PRIMARY KEY(id),
  KEY (customer_name),
  UNIQUE (customer_name),
  KEY (customer_no,customer_name)
);

单独建索引：
CREATE  INDEX idx_no_name ON customer(customer_no,customer_name); 

删除索引：
DROP INDEX idx_no_name  on customer ;

5、基本语法

创建：

ALTER mytable ADD  [UNIQUE ]  INDEX [indexName] ON (columnname(length)) 

删除：

DROP INDEX [indexName] ON mytable; 

查看：

SHOW INDEX FROM table_name\G

non_unique: 是否是唯一索引 1：是 0：不是
seq_in_index:列 在索引中的 序列。针对符合索引(一个索引对应多个列)。针对同一个复合索引 按照创建复合索引时的顺序进行排序
collation:
cardinality:
sub_part:
packed:
Null:是否允许 null 值
comment:
index_comment:

使用ALTER命令：

有四种方式来添加数据表的索引：
ALTER TABLE tbl_name ADD PRIMARY KEY (column_list): 该语句添加一个主键，这意味着索引值必须是唯一的，且不能为NULL。

ALTER TABLE tbl_name ADD UNIQUE index_name (column_list): 这条语句创建索引的值必须是唯一的（除了NULL外，NULL可能会出现多次）。

ALTER TABLE tbl_name ADD INDEX index_name (column_list): 添加普通索引，索引值可出现多次。

ALTER TABLE tbl_name ADD FULLTEXT index_name (column_list):该语句指定了索引为 FULLTEXT ，用于全文索引。
 

mysql索引结构

 1、BTree索引（Myisam普通索引）

原理图：

【初始化介绍】
一颗b树，浅蓝色的块我们称之为一个磁盘块，可以看到每个磁盘块包含几个数据项（深蓝色所示）和指针（黄色所示），
如磁盘块1包含数据项17和35，包含指针P1、P2、P3，
P1表示小于17的磁盘块，P2表示在17和35之间的磁盘块，P3表示大于35的磁盘块。
真实的数据存在于叶子节点即3、5、9、10、13、15、28、29、36、60、75、79、90、99。
非叶子节点不存储真实的数据，只存储指引搜索方向的数据项，如17、35并不真实存在于数据表中。

【查找过程】
如果要查找数据项29，那么首先会把磁盘块1由磁盘加载到内存，此时发生一次IO，在内存中用二分查找确定29在17和35之间，锁定磁盘块1的P2指针，内存时间因为非常短（相比磁盘的IO）可以忽略不计，通过磁盘块1的P2指针的磁盘地址把磁盘块3由磁盘加载到内存，发生第二次IO，29在26和30之间，锁定磁盘块3的P2指针，通过指针加载磁盘块8到内存，发生第三次IO，同时内存中做二分查找找到29，结束查询，总计三次IO。

真实的情况是，3层的b+树可以表示上百万的数据，如果上百万的数据查找只需要三次IO，性能提高将是巨大的，如果没有索引，每个数据项都要发生一次IO，那么总共需要百万次的IO，显然成本非常非常高。
 

关于时间复杂度：同一问题可用不同算法解决，而一个算法的质量优劣将影响到算法乃至程序的效率。算法分析的目的在于选择合适算法和改进算法。

1  N  logN 分别表示数据与查询次数之间的关系。
常数  1*c 表示查询最快的方式。查询次数不随数据的增加而增加
变量 N 表示查询次数随数据数量的增加而增加
对数 logN 表示查询次数与数据数量成对数关系。 介于常数与 N 之间。
n*logN 表示使用的复合方法。

2、B+Tree索引（innodb的普通索引）

原理图：

B+TREE 第二级的 数据并不能直接取出来，只作索引使用。在内存有限的情况下，查询效率高于 B-TREE
B-TREE 第二级可以直接取出来，树形结构比较重，在内存无限大的时候有优势。

B树和B+树的区别：

B+Tree与B-Tree 的区别：结论在内存有限的情况下，B+TREE 永远比 B-TREE好。无限内存则后者方便

　1）B-树的关键字和记录是放在一起的，叶子节点可以看作外部节点，不包含任何信息；B+树叶子节点中只有关键字和指向下一个节点的索引，记录只放在叶子节点中。(一次查询可能进行两次i/o操作)
　2）在B-树中，越靠近根节点的记录查找时间越快，只要找到关键字即可确定记录的存在；而B+树中每个记录的查找时间基本是一样的，都需要从根节点走到叶子节点，而且在叶子节点中还要再比较关键字。从这个角度看B-树的性能好像要比B+树好，而在实际应用中却是B+树的性能要好些。因为B+树的非叶子节点不存放实际的数据，这样每个节点可容纳的元素个数比B-树多，树高比B-树小，这样带来的好处是减少磁盘访问次数。尽管B+树找到一个记录所需的比较次数要比B-树多，但是一次磁盘访问的时间相当于成百上千次内存比较的时间，因此实际中B+树的性能可能还会好些，而且B+树的叶子节点使用指针连接在一起，方便顺序遍历（例如查看一个目录下的所有文件，一个表中的所有记录等），这也是很多数据库和文件系统使用B+树的缘故。
　
思考：为什么说B+树比B-树更适合实际应用中操作系统的文件索引和数据库索引？
1) B+树的磁盘读写代价更低
　　B+树的内部结点并没有指向关键字具体信息的指针。因此其内部结点相对B 树更小。如果把所有同一内部结点的关键字存放在同一盘块中，那么盘块所能容纳的关键字数量也越多。一次性读入内存中的需要查找的关键字也就越多。相对来说IO读写次数也就降低了。
2) B+树的查询效率更加稳定
　　由于非终结点并不是最终指向文件内容的结点，而只是叶子结点中关键字的索引。所以任何关键字的查找必须走一条从根结点到叶子结点的路。所有关键字查询的路径长度相同，导致每一个数据的查询效率相当。

3、聚簇索引与非聚簇索引

聚簇索引并不是一种单独的索引类型，而是一种数据存储方式。
术语‘聚簇’表示数据行和相邻的键值进错的存储在一起。
如下图，左侧的索引就是聚簇索引，因为数据行在磁盘的排列和索引排序保持一致。

聚簇索引的好处：

• 按照聚簇索引排列顺序，查询显示一定范围数据的时候，由于数据都是紧密相连，数据库不用从多个数据块中提取数据，所以节省了大量的io操作。

聚簇索引的限制：

• 对于mysql数据库目前只有innodb数据引擎支持聚簇索引，而Myisam并不支持聚簇索引。
• 由于数据物理存储排序方式只能有一种，所以每个Mysql的表只能有一个聚簇索引。一般情况下就是该表的主键。
• 为了充分利用聚簇索引的聚簇的特性，所以innodb表的主键列尽量选用有序的顺序id，而不建议用无序的id，比如uuid这种。（参考聚簇索引的好处。）

这里说明了主键索引为何采用自增的方式：1、业务需求，有序。2、能使用到聚簇索引

4、full-text全文索引

全文索引（也称全文检索）是目前搜索引擎使用的一种关键技术。它能够利用【分词技术】等多种算法智能分析出文本文字中关键词的频率和重要性，然后按照一定的算法规则智能地筛选出我们想要的搜索结果。

CREATE TABLE `article` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `title` varchar(200) DEFAULT NULL,
  `content` text,
  PRIMARY KEY (`id`),
  FULLTEXT KEY `title` (`title`,`content`)
) ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=utf8;

不同于like方式的的查询：
SELECT * FROM article WHERE content LIKE ‘%查询字符串%’;
全文索引用match+against方式查询：
SELECT * FROM article WHERE MATCH(title,content) AGAINST (‘查询字符串’);
明显的提高查询效率。
限制：
mysql5.6.4以前只有Myisam支持，5.6.4版本以后innodb才支持，但是官方版本不支持中文分词，需要第三方分词插件。
5.7以后官方支持中文分词。
随着大数据时代的到来，关系型数据库应对全文索引的需求已力不从心，逐渐被 solr,elasticSearch等专门的搜索引擎所替代。

5、Hash索引

Hash索引只有Memory, NDB两种引擎支持，Memory引擎默认支持Hash索引，如果多个hash值相同，出现哈希碰撞，那么索引以链表方式存储。
NoSql采用此中索引结构。

6、R-Tree索引

R-Tree在mysql很少使用，仅支持geometry数据类型，支持该类型的存储引擎只有myisam、bdb、innodb、ndb、archive几种。
相对于b-tree，r-tree的优势在于范围查找。

索引的使用场景

1、哪些情况需要创建索引

（1）主键自动建立唯一索引

（2）频繁作为查询条件的字段应该创建索引(where 后面的语句)

（3）查询中与其它表关联的字段，外键关系建立索引

A 表关联 B 表：A join B  。  on 后面的连接条件 既 A 表查询 B 表的条件。所以 B 表被关联的字段建立索引能大大提高查询效率
因为在 join 中，join 左边的表会用每一个字段去遍历 B 表的所有的关联数据，相当于一个查询操作

（4）单键/组合索引的选择问题，who？(在高并发下倾向创建组合索引)

（5）查询中排序的字段，排序字段若通过索引去访问将大大提高排序速度

group by 和 order by 后面的字段有索引大大提高效率

（6）查询中统计或者分组字段

2、哪些情况不要创建索引

（1）表记录太少

（2）经常增删改的表

Why:提高了查询速度，同时却会降低更新表的速度，如对表进行INSERT、UPDATE和DELETE。
因为更新表时，MySQL不仅要保存数据，还要保存一下索引文件

（3）Where条件里用不到的字段不创建索引

　　　　索引建多了影响 增删改 的效率

（4）数据重复且分布平均的表字段，因此应该只为最经常查询和最经常排序的数据列建立索引。注意，如果某个数据列包含许多重复的内容，为它建立索引就没有太大的实际效果。