【MySQL】索引

目录

🌈前言🌈

[📁 索引](#📁 索引)

[📁 磁盘](#📁 磁盘)

[📁 Page](#📁 Page)

[📁 索引结构](#📁 索引结构)

[📂 B树 和 B+树](#📂 B树 和 B+树)

[📂 聚簇索引 和 非聚簇索引](#📂 聚簇索引 和 非聚簇索引)

[📂 回表查询](#📂 回表查询)

[📁 索引操作](#📁 索引操作)

[📂 主键索引](#📂 主键索引)

[📂 唯一键索引](#📂 唯一键索引)

[📂 普通索引](#📂 普通索引)

[📂 查询索引](#📂 查询索引)

[📂 删除索引](#📂 删除索引)

[📁 总结](#📁 总结)

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🌈前言🌈

本期【MySQL】讲解MySQL中索引的概念，什么是索引，为什么要有索引，以及MySQL如何做到和磁盘交互，使得数据持久化，还将会展示MySQL索引的相关操作。

如果没有额外说明，默认采用的存储引擎是InnoDB。

📁 索引

在MySQL中，索引是一种特殊的数据结构，用来提高数据库查询的效率。

例如一本书，如果我们没有目录结构，那么我们想要确切的查询到某一个，是不是要线性遍历才能找到，效率非常低下，因此每一本书都有目录。在数据库中，数据都是保存在磁盘上的，因此想要查询某个数据是要进行IO的，如果我们使用线性遍历，那么IO次数会非常高，效率低下。索引就可以起到减少IO次数，提高效率的作用。

因此，索引就是数据库的一种数据结构，用来加速数据库检索操作，类似书籍目录。

索引的类型：

• 主键索引：唯一标识每一行数据，且不允许有空值。
• 唯一索引：确保索引列的值唯一，但允许空值。
• 普通索引：没有唯一性限制，可以包含重复值。
• 全文索引：主要用于文本搜索，支持对文本字段的高效查找。
• 组合索引：由多个列组成的索引，能够加速基于这些列的查询

📁 磁盘

下面我们会简单介绍一下磁盘的概念，来引入MySQL如何与磁盘交互的概念。

本文只是简单介绍了磁盘，在下面这篇文章中，详细介绍了磁盘以及文件系统的概念。

【Linux杂货铺】文件系统-CSDN博客

数据库文件，本质就是保存在磁盘盘片当中，也就是扇区中。因此我们查找文件，就是查找到具体某个扇区。

• 柱面（Cylinder）：硬盘上的同一轨道在多个磁头上的垂直堆叠形成的圆柱形区域。每个柱面包含多个扇区。
• 磁头（Head）：用于读取或写入数据的机械部件。每个硬盘有多个磁头，通常对应于每个盘片的两面。
• 扇区（Sector）：硬盘上最小的数据存储单位，通常为512字节。

我们只需要知道，磁头（Heads）、柱面(Cylinder)(等价于磁道)、扇区(Sector)对应的编号，就可以定位要访问的扇区，这种磁盘数据定位方法叫做CHS。实际中我们通常使用LBA（逻辑区块地址法），它是一种线性地址，可以理解为虚拟地址和物理地址的区别。系统最终还会降LBA转换为CHS地址。

磁盘的基本单位是512B 。但是对于OS来说太小了，并且OS不能与磁盘具体的数值强相关，这会造成OS依赖于硬件，因此OS读取磁盘的基本单位是4KB。

📁 Page

以上我们了解了磁盘，以及知道了磁盘的基本单位是512B，OS操作硬盘的基本单位是4KB。

MySQL作为一款软件，可以想象成一种特殊的文件系统*，有着更高的IO场景，为了提高基本IO的效率，MySQL进行IO的基本单位是16KB，这个基本数据单元，在MySQL中称为pape。

MySQL中的数据文件，是以page为单位保存在磁盘中的。MySQL通过page将数据保存在磁盘的过程中肯定设计计算，因此需要CPU的参与，这个过程CPU一定不能和磁盘进行直接交互（效率太低），因此MySQL会预先开辟好一段内存空间，进行缓存，之后通过缓存和磁盘数据进行IO。

1. 缓冲池（Buffer Pool）

使用缓冲池来缓存数据页面，以减少磁盘的直接访问，提高性能。

当数据被插入，更新或删除时，相关的页面首先在内存中的缓冲池进行修改。

2. 脏页（Dirty Pages）

当缓冲池的页面被修改后，这些页面称为脏页。脏页不会立即写入磁盘，而是保留在内存中，等待合适时机写入。

3. 日志（Redo Log）

将脏页写入磁盘之前，InnoDB还会将更改记录到重做日志中，以便日后系统崩溃后可以修复数据。

4. 写入策略

InnoDB使用"写回"策略，即在特定条件下将脏页写入磁盘：

• 周期性检查：数据库系统会定期检查脏页的数量，并将它们写入磁盘。
• 内存压力：当缓冲池中的内存空间不足时，系统会选择一些脏页写入磁盘，以释放空间。
• 事务提交：当一个事务提交时，相关的脏页会被写入磁盘，以确保持久性。

我们需要将page管理起来，先描述，在组织的原则，我们可以将page理解为一个结构体对象，用双向链接表管理起来。

我们有了一个16KB的page，将数据保存在page中，如果我们要在单个page中查找，如何查找呢？

我们可以看到目前只能通过线性遍历的方法，效率还是太低了。因此，在单个page中我们引入了页目录的概念。

以上是在单个page中进行查找，如果我们有多个page呢？其实方法和页目录差不多。

我们可以创建一个新的page，这个page不用来存储数据，而是用来充当目录的作用。这样我们就可以通过几次的IO，找到具体的数据。大大提高了效率。

使用一个目录项来指向某一页，而这个目录项存放的就是将要指向的页中存放的最小数据的键值。

和页内目录不同的地方在于，这种目录管理的级别是页，而页内目录管理的级别是行。

其中，每个目录项的构成是：键值+指针。图中没有画全。

目录页的本质也是页，普通页中存的数据是用户数据，而目录页中存的数据是普通页的地址。我们每次检索数据的时候，该从哪里开始呢？虽然顶层的目录页少了，但是还要遍历啊？不用担心，可以在加目录页。

因此，最终得到的结果就是下图所示：

上述，我们就可以简单理了一下什么是B+树，即InnoDB的索引结构。

📁 索引结构

在 MySQL 中，索引结构是保存在文件中的，

1. 索引文件：

   • 对于不同的存储引擎（如 InnoDB 和 MyISAM），索引信息会保存在不同的文件中。
   • InnoDB 使用表空间文件（通常是 ibdata1 或者各个 .ibd 文件）来存储数据和索引。
   • MyISAM 存储引擎则将数据和索引分开存储，通常为 .MYD（数据文件）和 .MYI（索引文件）。

2. 启动时的行为：

   • 当 MySQL 启动时，它会读取这些文件，恢复到最后一次关闭时的状态，包括索引结构。
   • 如果没有任何更改（如没有执行 ALTER TABLE 操作等），索引在重启后依旧有效。

3. 更新索引：

   • 索引会随着对表数据的增加、删除或修改而自动更新。因此，任何对数据的更改都会影响相应的索引，但不需要每次启动时重新创建。

📂 B树 和 B+树

在了解B树之前，我们先来回顾一下数据结构，链表，二叉树搜索，哈希表，为什么都不行，而是采用了B树系列（本质是一个多叉树）。

链表的遍历就是线性遍历；二叉树搜索树，存在退化为线性遍历的可能；AVL树，红黑树，终究是一个二叉树，层数过高的时候，效率太低；MySQL 是支持HASH的，不过 InnoDB 和 MyISAM 并不支持.Hash跟进其算法特征，决定了虽然有时候也很快(O(1))，但在面对范围查找就明显不行。

B树：

B+树：

本质是B树的变形，非叶子节点不在存储数据，只有叶子节点存储数据，这样一个节点就可以存储更多的key。可以使得树更矮，所以IO操作次数更少 。叶子节点相连，更便于进行范围查找。

📂 聚簇索引 和 非聚簇索引

MyISAM存储疫情同样使用B+树来索引结果，但是叶子节点data域不存数据本身而是数据记录的地址。

MyISAM 最大的特点是，将索引Page和数据Page分离，也就是叶子节点没有数据，只有对应数据的地址。 相较于 InnoDB 索引， InnoDB 是将索引和数据放在一起的。

MyISAM 这种用户数据与索引数据分离的索引方案，叫做非聚簇索引 ；InnoDB 这种用户数据与索引数据在一起索引方案，叫做聚簇索引 。

📂 回表查询

MySQL 除了默认会建立主键索引外，我们用户也有可能建立按照其他列信息建立的索引，一般这种索引可以叫做辅助（普通）索引。

但是在InnoDB引擎下，非主键索引中叶子结点并没有数据，而是对应记录的key值（主键）

因此需要两遍索引：首先通过辅助索引获得主键，在通过主键在主键索引中获得记录，这个过程就叫做回表查询。

在 InnoDB 中，如果表没有主键，仍然可以创建辅助索引，但会有一些影响和注意事项：

• 如果没有定义主键，InnoDB 会自动为每个表创建一个隐藏的隐式主键，通常是一个 6 字节的内部行 ID。这意味着即使没有显式的主键，你仍然可以创建辅助索引。
• 没有主键的表可能会导致性能问题，因为每次通过辅助索引查找数据时，都需要通过隐式主键进行回表查找。
• 如果表数据很大，这种额外的查找可能会增加查询的开销。

📁 索引操作

索引创建原则：

1. 比较频繁作为查询条件的字段应该创建索引

2 .唯一性太差的字段不适合单独创建索引，即使频繁作为查询条件

3. 更新非常频繁的字段不适合作创建索引

4. 不会出现在where子句中的字段不该创建索引

📂 主键索引

创建主键索引：

1.
create table user1(id int primary key, name varchar(30));

2.
create table user2(id int, name varchar(30), primary key(id));

3.
create table user3(id int, name varchar(30));
-- 创建表以后再添加主键
alter table user3 add primary key(id);

主键索引特点：

1. 一个表中，最多有一个主键索引，当然可以使符合主键

2. 主键索引的效率高（主键不可重复）

3. 创建主键索引的列，它的值不能为null，且不能重复

4. 主键索引的列基本上是int

📂 唯一键索引

创建唯一键索引：

1.
create table user4(id int primary key, name varchar(30) unique);

2.
create table user5(id int primary key, name varchar(30), unique(name));

3.
create table user6(id int primary key, name varchar(30)）；
alter table user6 add unique(name);

唯一键索引特点：

1. 一个表中可以有多个唯一键索引

2. 查找效率高

3. 如果在某一列建立唯一键索引，必须保证这个列不能有重复项

4. 如果一个唯一键索引上指定not null，等价于主键索引。

📂 普通索引

创建普通索引：

1. 
create table user8(id int primary key,
    name varchar(20),
    email varchar(30),
    index(name) --在表的定义最后，指定某列为索引
);

2. 
create table user9(id int primary key, name varchar(20), email
varchar(30));
alter table user9 add index(name); --创建完表以后指定某列为普通索引

3.
create table user10(id int primary key, name varchar(20), email
varchar(30));
-- 创建一个索引名为 idx_name 的索引
create index idx_name on user10(name);

普通索引特点：

1. 一个表中可以有多个普通索引，普通索引在实际开发中用的比较多

2. 如果某列需要创建索引，但是该列有重复的值，那么我们就应该使用普通索引

📂 查询索引

1. 
show keys from 表名;

2.
show index from 表名;

3. 
desc 表名;

📂 删除索引

1. 删除主键索引
alter table 表名 drop primary key;

2. 其他索引的删除
alter table 表名 drop index 索引名;

3.
drop index 索引名 on 表名

📁 总结

以上就是本期【MySQL】索引的全部内容，讲解了索引概念，MySQL与磁盘的交互，以及B+树作为MySQL的存储结构，它的实现和优势，此外展示了索引操作的相关代码。

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