主键、唯一索引、聚集索引、非聚集索引，你真知道他们的区别么？
近端时间一直在做一些数据库查询的工作，主要是根据表中的“日期”与“产品名”两个字段为条件在对表进行相关查询。
但当表数据量达到3000万以上时，发现查询速度呈几何级下降，变得超慢不说，而且每查询一次，服务器内存的使用量就一点点上升直至占用100%，我就不得不重启服务器... :(
这时，主键、索引、聚集索引、等等、关键词浮现在我的脑海中，知道它们就是提高表查询速度，解决问题的关键。但一时又弄不清它们之间的区别&串并联关系，一系列疑问浮现在我的脑海中：
（1）主键 就是 唯一索引 么？
（2）唯一索引 就是 聚集索引 么？
（3）聚集索引 与 非聚集索引 有什么区别？哪个更快？什么时候用前者、什么时候用后者？
（4）一个表可以建立多个索引？多个唯一索引？多个聚集索引？多个非聚集索引？
怀揣着这些疑问，我开始了探索之旅...
【主键和唯一索引的区别】
1 主键是一种约束，唯一索引是一种索引，两者在本质上是不同的。
2 主键创建后一定包含一个唯一性索引，唯一性索引不一定就是主键。
3 唯一性索引列允许空值， 而主键列不允许为空值。
4 主键可以被其他表引用为外键，而唯一索引不能。
5 一个表最多只能创建一个主键，但是可以创建多个唯一索引。
【聚集索引和非聚集索引的区别】
一.索引结构
实际上，可以把索引理解为一种特殊的目录。下面，我们举例来说明一下聚集索引和非聚集索引的区别：
其实，我们的汉语字典的正文本身就是一个聚集索引。比如，我们要查“安”字，因为“安”的拼音是“an”，而按照拼音排序汉字的字典是以英文字母“a”开头并以“z”结尾的，那么“安”字就自然地排在字典的前部。如果您翻完了所有以“a”开头的部分仍然找不到这个字，那么就说明您的字典中没有这个字。也就是说，字典的正文部分本身就是一个目录，您不需要再去查其他目录来找到您需要找的内容。我们把这种正文内容本身就是一种按照一定规则排列的目录称为“聚集索引”。
如果遇到不认识的字，不知道它的发音，这时候，需要去根据“偏旁部首”查到您要找的字，然后根据这个字后的页码直接翻到某页来找到您要找的字。但您结合“部首目录”和“检字表”而查到的字的排序并不是真正的正文的排序方法，比如您查“张”字，我们可以看到在查部首之后的检字表中“张”的页码是672页，检字表中“张”的上面是“驰”字，但页码却是63页，“张”的下面是“弩”字，页面是390页。很显然，这些字并不是真正的分别位于“张”字的上下方，现在您看到的连续的“驰、张、弩”三字实际上就是他们在非聚集索引中的排序，是字典正文中的字在非聚集索引中的映射。我们可以通过这种方式来找到您所需要的字，但它需要两个过程，先找到目录中的结果，然后再翻到您所需要的页码。我们把这种目录纯粹是目录，正文纯粹是正文的排序方式称为“非聚集索引”。
通过以上例子，我们可以理解到什么是“聚集索引”和“非聚集索引”。进一步引申一下，我们可以很容易的理解：每个表只能有一个聚集索引，因为目录只能按照一种方法进行排序。
二.区别-
聚集索引一个表只能有一个，而非聚集索引一个表可以存在多个
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聚集索引存储记录是物理上连续存在，而非聚集索引是逻辑上的连续，物理存储并不连续
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聚集索引:物理存储按照索引排序；聚集索引是一种索引组织形式，索引的键值逻辑顺序决定了表数据行的物理存储顺序。
非聚集索引:物理存储不按照索引排序；非聚集索引则就是普通索引了，仅仅只是对数据列创建相应的索引，不影响整个表的物理存储顺序。
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索引是通过二叉树的数据结构来描述的，我们可以这么理解聚簇索引：索引的叶节点就是数据节点。而非聚簇索引的叶节点仍然是索引节点，只不过有一个指针指向对应的数据块。
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聚集索引插入数据时速度要慢（时间花费在“物理存储的排序”上，也就是首先要找到位置然后插入），查询数据比非聚集数据的速度快。
三.使用场景
| 动作描述 | 使用聚集索引 | 使用非聚集索引 |
|---|---|---|
| 列经常被分组排序 | 应 | 应 |
| 返回某范围内的数据 | 应 | 不应 |
| 一个或极少不同值 | 不应 | 不应 |
| 小数目的不同值 | 应 | 不应 |
| 大数目的不同值 | 不应 | 应 |
| 频繁更新的列 | 不应 | 应 |
| 外键列 | 应 | 应 |
| 主键列 | 应 | 应 |
| 频繁修改索引列 | 不应 | 应 |
四.结合实际，谈索引使用的误区
理论的目的是应用。虽然我们刚才列出了何时应使用聚集索引或非聚集索引，但在实践中以上规则却很容易被忽视或不能根据实际情况进行综合分析。下面我们将根据在实践中遇到的实际问题来谈一下索引使用的误区，以便于大家掌握索引建立的方法。
1、聚集索引的字段要求唯一–错误的想法
如果认为是的朋友，可能是受系统默认设置的影响，一般我们指定一个表的主键，如果这个表之前没有聚集索引，同时建立主键时候没有强制指定使用非聚集索引，SQL会默认在此字段上创建一个聚集索引，而主键都是唯一的，所以理所当然的认为创建聚集索引的字段也需要唯一。而事实上，聚集索引可以创建在任何一列你想创建的字段上。
2、主键就是聚集索引–错误的想法
这种想法是极端错误的，是对聚集索引的一种浪费。虽然默认是在主键上建立聚集索引的。通常，我们会在每个表中都建立一个ID列，以区分每条数据，并且这个ID列是自动增大的，步长一般为1。如果我们将这个列设为主键，mysql会将此列默认为聚集索引。这样做有好处，就是可以让您的数据在数据库中按照ID进行物理排序，但这样做意义不大。显而易见，聚集索引的优势是很明显的，而每个表中只能有一个聚集索引的规则，这使得聚集索引变得更加珍贵。从我们前面谈到的聚集索引的定义我们可以看出，使用聚集索引的最大好处就是能够根据查询要求，迅速缩小查询范围，避免全表扫描。在实际应用中，因为 ID号是自动生成的，我们并不知道每条记录的ID号，所以我们很难在实践中用ID号来进行查询。这就使让ID号这个主键作为聚集索引成为一种资源浪费。其次，让每个ID号都不同的字段作为聚集索引也不符合“大数目的不同值情况下不应建立聚合索引”规则；当然，这种情况只是针对用户经常修改记录内容，特别是索引项的时候会负作用，但对于查询速度并没有影响。如在办公自动化系统中，无论是系统首页显示的需要用户签收的文件、会议还是用户进行文件查询等任何情况下进行数据查询都离不开字段的是“日期”还有用户本身的“用户名”。通常，办公自动化的首页会显示每个用户尚未签收的文件或会议。虽然我们的where语句可以仅仅限制当前用户尚未签收的情况，但如果您的系统已建立了很长时间，并且数据量很大，那么，每次每个用户打开首页的时候都进行一次全表扫描，这样做意义是不大的，绝大多数的用户1个月前的文件都已经浏览过了，这样做只能徒增数据库的开销而已。事实上，我们完全可以让用户打开系统首页时，数据库仅仅查询这个用户近3个月来未阅览的文件，通过“日期”这个字段来限制表扫描，提高查询速度。如果您的办公自动化系统已经建立的2年，那么您的首页显示速度理论上将是原来速度8倍，甚至更快。在这里之所以提到“理论上”三字，是因为如果您的聚集索引还是盲目地建在ID这个主键上时，您的查询速度是没有这么高的，即使您在“日期”这个字段上建立的索引（非聚合索引）。下面我们就来看一下在1000万条数据量的情况下各种查询的速度表现（3个月内的数据为25万条）：
1).仅在主键上建立聚集索引，并且不划分时间段：
Select gid,fariqi,neibuyonghu,title from tgongwen用时：128470毫秒（即：128秒）
2).在主键上建立聚集索引，在fariq上建立非聚集索引：
select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwenwhere fariqi> dateadd(day,-90,getdate())用时：53763毫秒（54秒）
3).将聚合索引建立在日期列（fariqi）上：
select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwenwhere fariqi> dateadd(day,-90,getdate())用时：2423毫秒（2秒）
虽然每条语句提取出来的都是25万条数据，各种情况的差异却是巨大的，特别是将聚集索引建立在日期列时的差异。事实上，如果您的数据库真的有1000 万容量的话，把主键建立在ID列上，就像以上的第1、2种情况，在网页上的表现就是超时，根本就无法显示。这也是摒弃ID列作为聚集索引的一个最重要的因素。
3、把所有需要提高查询速度的字段都加进聚集索引，以提高查询速度–错误的想法
上面已经谈到：在进行数据查询时都离不开字段的是“日期”还有用户本身的“用户名”。既然这两个字段都是如此的重要，我们可以把他们合并起来，建立一个复合索引（compound index）。很多人认为只要把任何字段加进聚集索引，就能提高查询速度，也有人感到迷惑：如果把复合的聚集索引字段分开查询，那么查询速度会减慢吗？带着这个问题，我们来看一下以下的查询速度（结果集都是25万条数据）：（日期列fariqi首先排在复合聚集索引的起始列，用户名neibuyonghu排在后列）：
1).select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen where fariqi>’‘2020-5-5’’
查询速度：2513毫秒
2).select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen where fariqi>’‘2020-5-5’’ and neibuyonghu=’‘办公室’’
查询速度：2516毫秒
3).select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen where neibuyonghu=’‘办公室’’
查询速度：60280毫秒
从以上试验中，我们可以看到如果仅用聚集索引的起始列作为查询条件和同时用到复合聚集索引的全部列的查询速度是几乎一样的，甚至比用上全部的复合索引列还要略快（在查询结果集数目一样的情况下）；而如果仅用复合聚集索引的非起始列作为查询条件的话，这个索引是不起任何作用的。当然，语句1、2的查询速度一样是因为查询的条目数一样，如果复合索引的所有列都用上，而且查询结果少的话，这样就会形成“索引覆盖”，因而性能可以达到最优。同时，请记住：无论您是否经常使用聚合索引的其他列，但其前导列一定要是使用最频繁的列。
五.其它书上没有的索引使用经验总结
1、SQL查询语句中，where与order by后面的字段往往最应该加索引
2、使用聚集索引内的时间段，搜索时间会按数据占整个数据表的百分比成比例减少
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>’‘2020-1-1’’
用时：6343毫秒（提取100万条）
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>’‘2020-6-6’’
用时：3170毫秒（提取50万条）
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi=’‘2020-9-16’’
用时：3326毫秒（和上句的结果一模一样。如果采集的数量一样，那么用大于号和等于号是一样的）
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>’‘2020-1-1’’ and fariqi<’‘2020-6-6’’
用时：3280毫秒
