索引的创建与设计原则

1. 索引的声明与使用

1.1 索引的分类

MySQL的索引包括普通索引、唯一性索引、全文索引、单列索引、多列索引和空间索引等。
从 功能逻辑 上说,索引主要有 4 种,分别是普通索引、唯一索引、主键索引、全文索引。
按照 物理实现方式 ,索引可以分为 2 种:聚簇索引和非聚簇索引。
按照 作用字段个数 进行划分,分成单列索引和联合索引。
1. 普通索引
2. 唯一性索引
3. 主键索引
4. 单列索引
5. 多列(组合、联合)索引
6. 全文索引
7. 补充:空间索引
小结:不同的存储引擎支持的索引类型也不一样 InnoDB :支持 B-tree、Full-text 等索引,不支持 Hash
索引; MyISAM : 支持 B-tree、Full-text 等索引,不支持 Hash 索引; Memory :支持 B-tree、Hash 等
索引,不支持 Full-text 索引; NDB :支持 Hash 索引,不支持 B-tree、Full-text 等索引; Archive :不支
持 B-tree、Hash、Full-text 等索引;

1.2 创建索引

1. 创建表的时候创建索引

举例:
CREATE TABLE dept (
dept_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, 
dept_name VARCHAR ( 20 ) );


CREATE TABLE emp (
emp_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
emp_name VARCHAR ( 20 ) UNIQUE,
dept_id INT,
CONSTRAINT emp_dept_id_fk FOREIGN KEY ( dept_id ) REFERENCES dept ( dept_id ) 
);

 

 
但是,如果显式创建表时创建索引的话,基本语法格式如下:
 
CREATE TABLE table_name [ col_name data_type ] [ UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ] [ INDEX | KEY ] [ index_name ] ( col_name [ length ] ) [ ASC | DESC]

 

 
  • UNIQUE 、 FULLTEXT 和 SPATIAL 为可选参数,分别表示唯一索引、全文索引和空间索引;
  • INDEX 与 KEY 为同义词,两者的作用相同,用来指定创建索引;
  • index_name 指定索引的名称,为可选参数,如果不指定,那么MySQL默认col_name为索引名;
  • col_name 为需要创建索引的字段列,该列必须从数据表中定义的多个列中选择;
  • length 为可选参数,表示索引的长度,只有字符串类型的字段才能指定索引长度;
  • ASC 或 DESC 指定升序或者降序的索引值存储。

1. 创建普通索引

在book表中的year_publication字段上建立普通索引,SQL语句如下:
 
CREATE TABLE book (
book_id INT,
book_name VARCHAR ( 100 ),
AUTHORS VARCHAR ( 100 ),
info VARCHAR ( 100 ),
COMMENT VARCHAR ( 100 ),
year_publication YEAR,
INDEX ( year_publication ) 
);

 

 

2. 创建唯一索引

举例:
CREATE TABLE test1 ( id INT NOT NULL, NAME VARCHAR ( 30 ) NOT NULL, UNIQUE INDEX uk_idx_id ( id ) );

 

该语句执行完毕之后,使用SHOW CREATE TABLE查看表结构:
 
SHOW INDEX FROM test1 \G

 

3. 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 student ( 
id INT ( 10 ) UNSIGNED AUTO_INCREMENT, 
student_no VARCHAR ( 200 ), 
student_name VARCHAR ( 200 ), 
PRIMARY KEY ( id ) );

 

 

  • 删除主键索引:

 

ALTER TABLE student
 drop PRIMARY KEY ;

 

 

  • 修改主键索引:必须先删除掉(drop)原索引,再新建(add)索引

4. 创建单列索引

  • 举例:
CREATE TABLE test2( 
id INT NOT NULL, name CHAR(50) NULL,
 INDEX single_idx_name(name(20)) );

 

 

该语句执行完毕之后,使用SHOW CREATE TABLE查看表结构:

 

SHOW INDEX FROM test2 \G

  

5. 创建组合索引

举例:创建表test3,在表中的id、name和age字段上建立组合索引,SQL语句如下:

 

CREATE TABLE test3( 
id INT(11) NOT NULL, name CHAR(30) NOT NULL,
age INT(11) NOT NULL, info VARCHAR(255), 
INDEX multi_idx(id,name,age) );

 

 

该语句执行完毕之后,使用SHOW INDEX 查看:

 

SHOW INDEX FROM test3 \G

 

6. 创建全文索引

举例1:创建表test4,在表中的info字段上建立全文索引,SQL语句如下:

 

CREATE TABLE test4 (
id INT NOT NULL,
NAME CHAR ( 30 ) NOT NULL,
age INT NOT NULL,
info VARCHAR ( 255 ),
FULLTEXT INDEX futxt_idx_info ( info ) 
) ENGINE = MyISAM;

 

 

在MySQL5.7及之后版本中可以不指定最后的ENGINE了,因为在此版本中InnoDB支持全文索引。 

 

举例2:

 

CREATE TABLE articles (
id INT UNSIGNED AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, 
title VARCHAR ( 200 ), 
body TEXT, 
FULLTEXT INDEX ( title, body ) 
) ENGINE = INNODB;

 

 

创建了一个给title和body字段添加全文索引的表。

 举例3:

 
CREATE TABLE `papers` (
`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 papers WHERE content LIKE ‘%查询字符串%’;

 

全文索引用match+against方式查询:

 

SELECT * FROM papers WHERE MATCH(title,content) AGAINST (‘查询字符串’);
注意点
1. 使用全文索引前,搞清楚版本支持情况;
2. 全文索引比 like + % 快 N 倍,但是可能存在精度问题;
3. 如果需要全文索引的是大量数据,建议先添加数据,再创建索引。

 

7. 创建空间索引 

空间索引创建中,要求空间类型的字段必须为 非空 。 
举例:创建表test5,在空间类型为GEOMETRY的字段上创建空间索引,SQL语句如下:
 
CREATE TABLE test5 (
geo GEOMETRY NOT NULL,
SPATIAL INDEX spa_idx_geo ( geo )
) ENGINE = MyISAM;

  

2. 在已经存在的表上创建索引 

在已经存在的表中创建索引可以使用ALTER TABLE语句或者CREATE INDEX语句。
 
1. 使用ALTER TABLE语句创建索引 ALTER TABLE语句创建索引的基本语法如下:
ALTER TABLE table_name ADD [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL] [INDEX | KEY] [index_name] (col_name[length],...) [ASC | DESC]

 

2. 使用CREATE INDEX创建索引 CREATE INDEX语句可以在已经存在的表上添加索引,在MySQL中,CREATE INDEX被映射到一个ALTER TABLE语句上,基本语法结构为

 

CREATE [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL] INDEX index_name ON table_name (col_name[length],...) [ASC | DESC]

1.3 删除索引 

1. 使用ALTER TABLE删除索引 ALTER TABLE删除索引的基本语法格式如下:

 

ALTER TABLE table_name DROP INDEX index_name;

  

2. 使用DROP INDEX语句删除索引 DROP INDEX删除索引的基本语法格式如下: 

 

DROP INDEX index_name ON table_name;

  

提示 删除表中的列时,如果要删除的列为索引的组成部分,则该列也会从索引中删除。如果组成
索引的所有列都被删除,则整个索引将被删除。 

2. MySQL8.0索引新特性

2.1 支持降序索引 

 

举例:分别在MySQL 5.7版本和MySQL 8.0版本中创建数据表ts1,结果如下: 

 

CREATE TABLE ts1(a int,b int,index idx_a_b(a,b desc));
在MySQL 5.7版本中查看数据表ts1的结构,结果如下: 
 

 

 2.1 支持降序索引

 举例:分别在MySQL 5.7版本和MySQL 8.0版本中创建数据表ts1,结果如下: 

CREATE TABLE ts1(a int,b int,index idx_a_b(a,b desc));

 MySQL 5.7版本中查看数据表ts1的结构,结果如下:

 

 从结果可以看出,索引仍然是默认的升序。

MySQL 8.0版本中查看数据表ts1的结构,结果如下:

 

 

从结果可以看出,索引已经是降序了。下面继续测试降序索引在执行计划中的表现。

分别在MySQL 5.7版本和MySQL 8.0版本的数据表ts1中插入800条随机数据,执行语句如下: 

 

DELIMITER //
CREATE PROCEDURE ts_insert ( ) BEGINDECLARE i INT DEFAULT 1;
WHILE
	i < 800 DO
	INSERT INTO ts1 SELECT
	rand( ) * 80000,
	rand( ) * 80000;

SET i = i + 1;

END WHILE;
COMMIT;

END // 
DELIMITER;
#调用
CALL ts_insert();

  

 MySQL 5.7版本中查看数据表ts1的执行计划,结果如下:

 

EXPLAIN SELECT * FROM ts1 ORDER BY a,b DESC LIMIT 5; 

从结果可以看出,执行计划中扫描数为799,而且使用了Using filesort

  

提示 Using filesortMySQL中一种速度比较慢的外部排序,能避免是最好的。多数情况下,管理员
可以通过优化索引来尽量避免出现Using filesort,从而提高数据库执行速度。

 

 MySQL 8.0版本中查看数据表ts1的执行计划。从结果可以看出,执行计划中扫描数为5,而且没有使用Using filesort。 

 

注意 降序索引只对查询中特定的排序顺序有效,如果使用不当,反而查询效率更低。例如,上述
查询排序条件改为order by a desc, b descMySQL 5.7的执行计划要明显好于MySQL 8.0

 将排序条件修改为order by a desc, b desc后,下面来对比不同版本中执行计划的效果。 在MySQL 5.7版本中查看数据表ts1的执行计划,结果如下: 

 

EXPLAIN SELECT * FROM ts1 ORDER BY a DESC,b DESC LIMIT 5;

  

 MySQL 8.0版本中查看数据表ts1的执行计划。

从结果可以看出,修改后MySQL 5.7的执行计划要明显好于MySQL 8.0.

 

 2.2 隐藏索引

MySQL 5.7版本及之前,只能通过显式的方式删除索引。此时,如果发现删除索引后出现错误,又只能通过显式创建索引的方式将删除的索引创建回来。如果数据表中的数据量非常大,或者数据表本身比较
大,这种操作就会消耗系统过多的资源,操作成本非常高。
MySQL 8.x开始支持 隐藏索引(invisible indexes,只需要将待删除的索引设置为隐藏索引,使查询优化器不再使用这个索引(即使使用force index(强制使用索引),优化器也不会使用该索引),确认将索引设置为隐藏索引后系统不受任何响应,就可以彻底删除索引。 这种通过先将索引设置为隐藏索引,再删除索引的方式就是软删除
1. 创建表时直接创建 MySQL中创建隐藏索引通过SQL语句INVISIBLE来实现,其语法形式如下: 

 

CREATE TABLE tablename (
propname1 type1 [ CONSTRAINT1 ],
propname2 type2 [ CONSTRAINT2 ],
…… propnamen typen,
INDEX [ indexname ] ( propname1 [ ( length ) ] ) INVISIBLE 
);

 上述语句比普通索引多了一个关键字INVISIBLE,用来标记索引为不可见索引。

2. 在已经存在的表上创建

 可以为已经存在的表设置隐藏索引,其语法形式如下:

 

CREATE INDEX indexname ON tablename(propname[(length)]) INVISIBLE;

 

3. 通过ALTER TABLE语句创建

语法形式如下:

 

ALTER TABLE tablename 
ADD INDEX indexname (propname [(length)]) INVISIBLE;

 

4. 切换索引可见状态 已存在的索引可通过如下语句切换可见状态: 

 

ALTER TABLE tablename ALTER INDEX index_name INVISIBLE; #切换成隐藏索引 
ALTER TABLE tablename ALTER INDEX index_name VISIBLE; #切换成非隐藏索引

 如果将index_cname索引切换成可见状态,通过explain查看执行计划,发现优化器选择了index_cname引。 

 

注意 当索引被隐藏时,它的内容仍然是和正常索引一样实时更新的。如果一个索引需要长期被隐藏,那么可以将其删除,因为索引的存在会影响插入、更新和删除的性能。

 

通过设置隐藏索引的可见性可以查看索引对调优的帮助 

 5. 使隐藏索引对查询优化器可见

MySQL 8.x版本中,为索引提供了一种新的测试方式,可以通过查询优化器的一个开关use_invisible_indexes)来打开某个设置,使隐藏索引对查询优化器可见。如果 use_invisible_indexes设置为off(默认),优化器会忽略隐藏索引。如果设置为on,即使隐藏索引不可见,优化器在生成执行计划时仍会考虑使用隐藏索引。
1)在MySQL命令行执行如下命令查看查询优化器的开关设置。 
mysql> select @@optimizer_switch \G 

在输出的结果信息中找到如下属性配置。

use_invisible_indexes=off 
此属性配置值为off,说明隐藏索引默认对查询优化器不可见。

2)使隐藏索引对查询优化器可见,需要在MySQL命令行执行如下命令:  

mysql> set session optimizer_switch="use_invisible_indexes=on"; 
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) 

SQL语句执行成功,再次查看查询优化器的开关设置。

  

mysql > SELECT
@@optimizer_switch \ G *************************** 1.ROW *************************** @@optimizer_switch : index_merge = ON,
index_merge_union = ON,
index_merge_sort_union = ON,
index_merge_ intersection = ON,
engine_condition_pushdown = ON,
index_condition_pushdown = ON,
mrr = ON,
mrr_co st_based = ON,
block_nested_loop = ON,
batched_key_access = off,
materialization = ON,
semijoin = ON,
loosescan = ON,
firstmatch = ON,
duplicateweedout = ON,
subquery_materialization_cost_based = ON,
use_index_extensions = ON,
condition_fanout_filter = ON,
derived_merge = ON,
use_invisible_ind exes = ON,
skip_scan = ON,
hash_join = ON 1 ROW IN 
SET ( 0.00 sec )

  

此时,在输出结果中可以看到如下属性配置。

 

use_invisible_indexes=on

  

use_invisible_indexes属性的值为on,说明此时隐藏索引对查询优化器可见。
 
 (3)使用EXPLAIN查看以字段invisible_column作为查询条件时的索引使用情况。 
 
explain select * from classes where cname = '高一2班';

  

查询优化器会使用隐藏索引来查询数据。
(4)如果需要使隐藏索引对查询优化器不可见,则只需要执行如下命令即可。 

 

mysql> set session optimizer_switch="use_invisible_indexes=off"; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

 

再次查看查询优化器的开关设置。 

 

mysql> select @@optimizer_switch \G
 
 
此时,use_invisible_indexes属性的值已经被设置为“off”。 
 

3. 索引的设计原则 

3.1 数据准备 

第1步:创建数据库、创建表 

 

 

 

CREATE DATABASE atguigudb1;
USE atguigudb1;
#1.创建学生表和课程表 
CREATE TABLE `student_info` (
`id` INT ( 11 ) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`student_id` INT NOT NULL,
`name` VARCHAR ( 20 ) DEFAULT NULL,
`course_id` INT NOT NULL,
`class_id` INT ( 11 ) DEFAULT NULL,
`create_time` DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
PRIMARY KEY ( `id` ) 
) ENGINE = INNODB AUTO_INCREMENT = 1 DEFAULT CHARSET = utf8;
CREATE TABLE `course` (
`id` INT ( 11 ) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`course_id` INT NOT NULL,
`course_name` VARCHAR ( 40 ) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY ( `id` ) 
) ENGINE = INNODB AUTO_INCREMENT = 1 DEFAULT CHARSET = utf8;

  

第2步:创建模拟数据必需的存储函数

 

#函数1:创建随机产生字符串函数 

DELIMITER //
CREATE FUNCTION rand_string ( n INT ) RETURNS VARCHAR ( 255 )
#该函数会返回一个字符串 
BEGINDECLARE chars_str VARCHAR ( 100 ) DEFAULT 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFJHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
DECLARE
	return_str VARCHAR ( 255 ) DEFAULT '';
DECLARE
	i INT DEFAULT 0;
WHILE
	i < n DO
	
	SET return_str = CONCAT( return_str, SUBSTRING( chars_str, FLOOR( 1+ RAND( ) * 52 ), 1 ) );

SET i = i + 1;

END WHILE;
RETURN return_str;

END // 
DELIMITER;

 

#函数2:创建随机数函数 

DELIMITER //
CREATE FUNCTION rand_num ( from_num INT, to_num INT ) RETURNS INT ( 11 ) BEGIN
DECLARE
	i INT DEFAULT 0;

SET i = FLOOR( from_num + RAND( ) * ( to_num - from_num + 1 ) );
RETURN i;

END // 
DELIMITER;

  

创建函数,假如报错: 

 

This function has none of DETERMINISTIC......

  

 

由于开启过慢查询日志bin-log, 我们就必须为我们的function指定一个参数。
主从复制,主机会将写操作记录在bin-log日志中。从机读取bin-log日志,执行语句来同步数据。如果使用函数来操作数据,会导致从机和主键操作时间不一致。所以,默认情况下,mysql不开启创建函数设置。
  • 查看mysql是否允许创建函数:

 

show variables like 'log_bin_trust_function_creators'

 

  • 命令开启:允许创建函数设置:

 

set global log_bin_trust_function_creators=1; # 不加global只是当前窗口有效。

  

  • mysqld重启,上述参数又会消失。永久方法:

     

         windows下:my.ini[mysqld]加上:

 

log_bin_trust_function_creators=1

 

    linux下:/etc/my.cnf下my.cnf[mysqld]加上:

 

log_bin_trust_function_creators=1

第3步:创建插入模拟数据的存储过程

 

# 存储过程1:创建插入课程表存储过程

DELIMITER //
CREATE PROCEDURE insert_course ( max_num INT ) BEGIN
DECLARE
    i INT DEFAULT 0;

SET autocommit = 0;
#设置手动提交事务
REPEAT
#循环
    
SET i = i + 1;
#赋值
INSERT INTO course ( course_id, course_name )
VALUES
    ( rand_num ( 10000, 10100 ), rand_string ( 6 ) );
UNTIL i = max_num


        
    END REPEAT;
    COMMIT;
#提交事务
    
    END // 
        DELIMITER;
        
        
        
        # 存储过程2:创建插入学生信息表存储过程 


DELIMITER //
CREATE PROCEDURE insert_stu ( max_num INT ) BEGIN
DECLARE
    i INT DEFAULT 0;

SET autocommit = 0;
#设置手动提交事务
REPEAT
#循环
    
    SET i = i + 1;
#赋值
INSERT INTO student_info ( course_id, class_id, student_id, NAME )
VALUES
    ( rand_num ( 10000, 10100 ), rand_num ( 10000, 10200 ), rand_num ( 1, 200000 ), rand_string ( 6 ) );
UNTIL i = max_num 
END REPEAT;
COMMIT;
#提交事务 END // DELIMITER ;

 

第4步:调用存储过程

 

CALL insert_course(100); 
CALL insert_stu(1000000);

  

3.2 哪些情况适合创建索引

 

1. 字段的数值有唯一性的限制

业务上具有唯一特性的字段,即使是组合字段,也必须建成唯一索引。(来源:Alibaba)
说明:不要以为唯一索引影响了 insert 速度,这个速度损耗可以忽略,但提高查找速度是明显的。 

 

2. 频繁作为 WHERE 查询条件的字段

某个字段在SELECT语句的 WHERE 条件中经常被使用到,那么就需要给这个字段创建索引了。尤其是在数据量大的情况下,创建普通索引就可以大幅提升数据查询的效率。
比如student_info数据表(含100万条数据),假设我们想要查询 student_id=123110 的用户信息。

3. 经常 GROUP BY 和 ORDER BY 的列

索引就是让数据按照某种顺序进行存储或检索,因此当我们使用 GROUP BY 对数据进行分组查询,或者使用 ORDER BY 对数据进行排序的时候,就需要 对分组或者排序的字段进行索引 。如果待排序的列有多
个,那么可以在这些列上建立 组合索引 。

4. UPDATE、DELETE 的 WHERE 条件列

对数据按照某个条件进行查询后再进行 UPDATE 或 DELETE 的操作,如果对 WHERE 字段创建了索引,就能大幅提升效率。原理是因为我们需要先根据 WHERE 条件列检索出来这条记录,然后再对它进行更新或删除。如果进行更新的时候,更新的字段是非索引字段,提升的效率会更明显,这是因为非索引字段更新不需要对索引进行维护。

5.DISTINCT 字段需要创建索引

有时候我们需要对某个字段进行去重,使用 DISTINCT,那么对这个字段创建索引,也会提升查询效率。比如,我们想要查询课程表中不同的 student_id 都有哪些,如果我们没有对 student_id 创建索引,执行SQL 语句:

 

SELECT DISTINCT(student_id) FROM `student_info`;

 

运行结果(600637 条记录,运行时间 0.683s ):
如果我们对 student_id 创建索引,再执行 SQL 语句: 

 

SELECT DISTINCT(student_id) FROM `student_info`;

  

运行结果(600637 条记录,运行时间 0.010s ):你能看到 SQL 查询效率有了提升,同时显示出来的 student_id 还是按照 递增的顺序 进行展示的。这是因为索引会对数据按照某种顺序进行排序,所以在去重的时候也会快很多。
 

6. 多表 JOIN 连接操作时,创建索引注意事项

首先, 连接表的数量尽量不要超过 3 张 ,因为每增加一张表就相当于增加了一次嵌套的循环,数量级增长会非常快,严重影响查询的效率。
其次, 对 WHERE 条件创建索引 ,因为 WHERE 才是对数据条件的过滤。如果在数据量非常大的情况下,没有 WHERE 条件过滤是非常可怕的。
最后, 对用于连接的字段创建索引 ,并且该字段在多张表中的 类型必须一致 。比如 course_id 在tudent_info 表和 course 表中都为 int(11) 类型,而不能一个为 int 另一个为 varchar 类型。
举个例子,如果我们只对 student_id 创建索引,执行 SQL 语句: 

 

SELECT
    course_id,
    NAME,
    student_info.student_id,
    course_name 
FROM
    student_info
    JOIN course ON student_info.course_id = course.course_id 
WHERE
    NAME = '462eed7ac6e791292a79';
运行结果(1 条数据,运行时间 0.189s ):
这里我们对 name 创建索引,再执行上面的 SQL 语句,运行时间为 0.002s 。 

7. 使用列的类型小的创建索引

8. 使用字符串前缀创建索引

创建一张商户表,因为地址字段比较长,在地址字段上建立前缀索引
 

 

create table shop(address varchar(120) not null);
alter table shop add index(address(12));

  

问题是,截取多少呢?截取得多了,达不到节省索引存储空间的目的;截取得少了,重复内容太多,字段的散列度(选择性)会降低。怎么计算不同的长度的选择性呢? 

 

先看一下字段在全部数据中的选择度

 

select count(distinct address) / count(*) from shop;

 

通过不同长度去计算,与全表的选择性对比: 
公式: 
 
count(distinct left(列名, 索引长度))/count(*)

 

例如:
SELECT
    count( DISTINCT LEFT ( address, 10 ) ) / count( * ) AS sub10,-- 截取前10个字符的选择度 
    count(distinct left(address,15)) / count(*) as sub11, -- 截取前15个字符的选择度 
    count(distinct left(address,20)) / count(*) as sub12, -- 截取前20个字符的选择度 
    count(distinct left(address,25)) / count(*) as sub13 -- 截取前25个字符的选择度
    
FROM
    shop;

 

 

posted @ 2022-03-11 00:15  花未全开*月未圆  阅读(250)  评论(0编辑  收藏  举报