MySQL全面瓦解23：MySQL索引实现和使用
MySQL索引实现
上一篇我们详细了解了B+树的实现原理（传送门）。我们知道，MySQL内部索引是由不同的引擎实现的，主要包含InnoDB和MyISAM这两种，并且这两种引擎中的索引都是使用b+树的结构来存储的。
InnoDB引擎中的索引
Innodb中有2种索引：主键索引（也叫聚集索引）、辅助索引（也叫非聚集索引）。
主键索引：每个表只有一个主键索引，b+树结构，叶子节点存储主键的值以及对应整条记录的数据，非叶子节点不存储记录的数据，只存储主键的值。
当表中未指定主键时，MySQL内部会自动给每条记录添加一个隐藏的rowid字段（默认4个字节）作为主键，用rowid构建聚集索引。聚集索引在MySQL中即主键索引。
辅助索引：每个表可以有多个辅助索引，b+树结构，非聚集索引叶子节点存储字段（索引字段）的值以及对应记录主键的值，其他节点只存储字段的值（索引字段），这就是与聚集索引不同的地方。每个表可以有多个非聚集索引。
MySQL中非聚集索引进一步区分：
| 非聚集索引类型 | 说明 |
|---|---|
| 单列索引 | 一个索引只包含一个列 |
| 多列索引（复合索引） | 一个索引包含多个列 |
| 唯一索引 | 索引列的值必须唯一，允许有一个空值 |
MyISAM引擎中的索引
也是B+树结构，MyISM使用的是非聚簇索引，如下图，非聚簇索引的两棵B+树看上去没什么不同，节点的结构完全一致只是存储的内容不同而已，主键索引B+树的节点存储了主键，
辅助键索引B+树存储了辅助键。表数据存储在独立的地方，这两颗B+树的叶子节点都使用一个地址指向真正的表数据，对于表数据来说，这两个键没有任何差别。
由于索引树是独立的，通过辅助键检索无需访问主键的索引树。
下图更形象说明这两种索引的区别，这边假设了一个存储4行数据的表。Id为主键索引，Name作为辅助索引，图中清晰的体现了聚簇索引和非聚簇索引的差异。
我们来分析一下图中数据检索过程：
InnoDB数据检索过程
上面的表中有2个索引：id作为主键索引，name作为辅助索引。
如果需要查询id=14的数据，只需要在左边的主键索引中检索就可以了。
如果需要搜索name='Ellison'的数据，需要2步：
1、先在辅助索引中检索到name='Ellison'的数据，获取id为14
2、再到主键索引中检索id为14的记录
辅助索引这个查询过程在mysql中叫做回表，相对于主键索引多了第二步操作。
MyISAM数据检索过程
1、在索引中找到对应的关键字，获取关键字对应的记录的地址
2、通过记录的地址查找到对应的数据记录
对比发现：innodb中最好是采用主键查询，这样只需要一次索引，如果使用辅助索引检索，涉及多一步的回表操作，比主键查询要耗时一些。
而innodb中辅助索引区别于myisam的是：
表中的数据发生变更的时候，会影响其他记录地址的变化，如果辅助索引中记录数据的地址，此时会受影响，而主键的值一般是很少更新的，当页中的记录发生地址变更的时候，对辅助索引是没有影响的。
索引管理和使用
数据准备
请参考第21篇（MySQL全面瓦解21（番外）：一次深夜优化亿级数据分页的奇妙经历）中模拟的千万数据，我们以这个数据为测试数据。
创建索引
create 方式：
1 create [unique] index index_name on t_name(c_name[(length)]);
alter表 方式：
1 alter t_name add [unique] index index_name on (cname[(length)]);
这边需注意的是：
index_name 代表索引名称、t_name代表 表名称、c_name代表字段名称。
[] 中括号的内容是可以省略的，也就是说 unique 和 length 可以不写。如果加上了unique，表示创建唯一索引。
如果字段是char、varchar类型，length可以小于字段实际长度，如果是blog、text等长文本类型，必须指定length。
如果tname后面只写一个字段，就是单列索引，如果需要写多个字段，可以使用逗号隔开，这种叫做复合索引。
删除索引
1 drop index index_name on t_name;
查看索引
1 show index from t_name;
索引修改
即先删除索引，再重建索引：drop +create。
示例
emp表中有500W数据 我们用emp来做测试
1 mysql> select count(*) from emp; 2 +----------+ 3 | count(*) | 4 +----------+ 5 | 5000000 | 6 +----------+ 7 1 row in set
查看和创建索引
记得我们之前在emp表上做过索引，所以先看一下这个表目前所有的索引
可以看到，目前主键字段id和depno字段上都有建立索引
1 mysql> desc emp; 2 +----------+-----------------------+------+-----+---------+----------------+ 3 | Field | Type | Null | Key | Default | Extra | 4 +----------+-----------------------+------+-----+---------+----------------+ 5 | id | int(10) unsigned | NO | PRI | NULL | auto_increment | 6 | empno | mediumint(8) unsigned | NO | | 0 | | 7 | empname | varchar(20) | NO | | | | 8 | job | varchar(9) | NO | | | | 9 | mgr | mediumint(8) unsigned | NO | | 0 | | 10 | hiredate | datetime | NO | | NULL | | 11 | sal | decimal(7,2) | NO | | NULL | | 12 | comn | decimal(7,2) | NO | | NULL | | 13 | depno | mediumint(8) unsigned | NO | MUL | 0 | | 14 +----------+-----------------------+------+-----+---------+----------------+ 15 9 rows in set 16 17 mysql> show index from emp; 18 +-------+------------+---------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 19 | Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Sub_part | Packed | Null | Index_type | Comment | Index_comment | 20 +-------+------------+---------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 21 | emp | 0 | PRIMARY | 1 | id | A | 4952492 | NULL | NULL | | BTREE | | | 22 | emp | 1 | idx_emp_id | 1 | id | A | 4952492 | NULL | NULL | | BTREE | | | 23 | emp | 1 | idx_emp_depno | 1 | depno | A | 18 | NULL | NULL | | BTREE | | | 24 +-------+------------+---------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 25 3 rows in set
我们在没有做索引的字段上做一下查询看看，在500W数据中查询一个名叫LsHfFJA的员工，消耗 2.239S
再看看他的执行过程，扫描了4952492 条数据才找到该行数据：
1 mysql> explain select * from emp where empname='LsHfFJA'; 2 +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+---------+-------------+ 3 | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra | 4 +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+---------+-------------+ 5 | 1 | SIMPLE | emp | ALL | NULL | NULL | NULL | NULL | 4952492 | Using where | 6 +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+---------+-------------+ 7 1 row in set
我们在empname这个字段上建立索引
1 mysql> create index idx_emp_empname on emp(empname); 2 Query OK, 0 rows affected 3 Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0 4 5 mysql> show index from emp; 6 +-------+------------+-----------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 7 | Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Sub_part | Packed | Null | Index_type | Comment | Index_comment | 8 +-------+------------+-----------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 9 | emp | 0 | PRIMARY | 1 | id | A | 4952492 | NULL | NULL | | BTREE | | | 10 | emp | 1 | idx_emp_id | 1 | id | A | 4952492 | NULL | NULL | | BTREE | | | 11 | emp | 1 | idx_emp_depno | 1 | depno | A | 18 | NULL | NULL | | BTREE | | | 12 | emp | 1 | idx_emp_empname | 1 | empname | A | 1650830 | NULL | NULL | | BTREE | | | 13 +-------+------------+-----------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 14 4 rows in set
再看一下这个执行效率，就会发现有质的飞跃：0.001S，就是这么神奇，学过之前那篇的B+ Tree就知道，它不用从头开始扫表核对，而是很小次数的io读取
再看看他的执行过程，一次定位到该条数据：
1 mysql> explain select * from emp where empname='LsHfFJA'; 2 +----+-------------+-------+------+-----------------+-----------------+---------+-------+------+-----------------------+ 3 | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra | 4 +----+-------------+-------+------+-----------------+-----------------+---------+-------+------+-----------------------+ 5 | 1 | SIMPLE | emp | ref | idx_emp_empname | idx_emp_empname | 22 | const | 1 | Using index condition | 6 +----+-------------+-------+------+-----------------+-----------------+---------+-------+------+-----------------------+ 7 1 row in set
设置合适的索引长度
根据我们之前的了解，每个磁盘块（disk）存储的内容是有限的，如果一个页中可以存储的索引记录越多，那么查询效率就会提高，所以我们可以指定索引的字段长度。
但并不是越短越好，要保证字符类型字段查询有足够高的区分度，如果只设置了一个长度，反而导致查询的相似匹配度不高。
长度的原则是要恰到好处，太长索引文件就会变大，因此要在区分度和长度上做一个平衡。
如果在我们搜索的内容中，最后的内容是一致的或者高度一致的，那我们就可以省略，比如在用户的email字段上做索引，几乎前10个字符是不一样的，结尾限定在 @****，那么通过前面10个字符就可以定位一个email地址了。
我们在该字段创建索引的时候就可以指定长度为10，这样相对于整个email字段更短些，查询效果确却基本一样，这样一个页中也可以存储更多的索引记录。
像我们上面的那个 empname 字段，基本都是6位数的，只是小部分是超过6位数，而且后缀基本一致，所以6位数之后的区分度差不多。
有一个判断 高区分度以及合适长度索引 的通用算法，如下：
1 select count(distinct left(`c_name`,calcul_len))/count(*) from t_name;
下面是对 empname 做的分析，匹配度越高搜索效率越高：
1 mysql> select count(distinct left(`empname`,3))/count(*) from emp; 2 +--------------------------------------------+ 3 | count(distinct left(`empname`,3))/count(*) | 4 +--------------------------------------------+ 5 | 0.0012 | 6 +--------------------------------------------+ 7 1 row in set 8 9 mysql> select count(distinct left(`empname`,4))/count(*) from emp; 10 +--------------------------------------------+ 11 | count(distinct left(`empname`,4))/count(*) | 12 +--------------------------------------------+ 13 | 0.0076 | 14 +--------------------------------------------+ 15 1 row in set 16 17 mysql> select count(distinct left(`empname`,6))/count(*) from emp; 18 +--------------------------------------------+ 19 | count(distinct left(`empname`,6))/count(*) | 20 +--------------------------------------------+ 21 | 0.1713 | 22 +--------------------------------------------+ 23 1 row in set 24 25 mysql> select count(distinct left(`empname`,7))/count(*) from emp; 26 +--------------------------------------------+ 27 | count(distinct left(`empname`,7))/count(*) | 28 +--------------------------------------------+ 29 | 0.1713 | 30 +--------------------------------------------+ 31 1 row in set
删除索引
1 mysql> drop index idx_emp_empname on emp; 2 Query OK, 0 rows affected 3 Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0 4 5 mysql> show index from emp; 6 +-------+------------+---------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 7 | Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Sub_part | Packed | Null | Index_type | Comment | Index_comment | 8 +-------+------------+---------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 9 | emp | 0 | PRIMARY | 1 | id | A | 4952492 | NULL | NULL | | BTREE | | | 10 | emp | 1 | idx_emp_id | 1 | id | A | 4952492 | NULL | NULL | | BTREE | | | 11 | emp | 1 | idx_emp_depno | 1 | depno | A | 18 | NULL | NULL | | BTREE | | | 12 +-------+------------+---------------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+ 13 3 rows in set
执行完删除命令再查看，发现索引已经没了
小结
本文只是理解索引的基本用法，后面会认真讲一讲索引的性能分析和优化策略。
总之，理想的索引应该符合以下特征：
1、相对低频的写操作，以及高频的查询的表和字段上建立索引
2、字段区分度高
3、长度小（合适的长度，不是越小越好）
4、尽量能够覆盖常用字段
