[MySQL初阶]MySQL（8）索引机制：下

标题：[MySQL初阶]MySQL（8）索引机制：下
@水墨不写bug

文章目录

四、从问题到底层，从现象到本质
五、B+树的引入与MySQL的InnodeDB下的索引结构
六、InnodeDB为什么不选择其他的数据结构如B树？
七、InnodeDB与MyISAM的索引机制区别
- 1.存储机制不同：
- 2.回表查询
八、索引的分类
九、索引的操作
十、索引创建的原则

四、从问题到底层，从现象到本质

1.为什么插入的数据默认排好序

创建如下的一张表：

sql 复制代码

create table if not exists user (
id int primary key,
age int not null,
name varchar(16) not null
);

并且按照如下的顺序插入几条数据：

sql 复制代码

insert into user (id, age, name) values(3, 18, '孙悟空');
insert into user (id, age, name) values(4, 16, '哪吒');
insert into user (id, age, name) values(2, 26, '李小龙');
insert into user (id, age, name) values(5, 36, '成龙');
insert into user (id, age, name) values(1, 56, '奶龙');

插入完成后，查询表中的数据，会发现数据已经被按照id排好序了，这是为什么？
想要理解这个问题，就需要先明白MySQL的Page到底是什么：

2.MySQL的Page

（1）为什么选择用Page？

**IO低效的最主要矛盾不是单次IO的数据量的大小，而是IO的次数。**其次，根据局部性原理，每次IO都加载一个page，相当于预加载的一些数据，如果下次访问的数据刚好已经被加载到内存，这样效率反而可以得到提升。

（2）单个Page的结构（暂时）

单个page的结构如下：
不同的 Page ，在 MySQL 中，都是 16KB ，使用 prev 和 next 构成双向链表。
因为有主键的问题， MySQL 会默认按照主键给我们的数据进行排序；如果没有指定主键，那么默认就会按照插入的顺序进行存储。

这就解释了为什么我们插入的数据会按照id进行排序：因为id被设置为主键。

为什么要排序？

为什么要对插入的数据进行排序？本质是为了优化查询效率。

页内部存放数据的模块，实质上也是一个链表的结构，链表的特点也就是增删快，查询修改慢，所以优化查询效率是当务之急。

正式因为有序，在查找的时候，从头到后都是有效查找，没有任何一个查找是浪费的，而且，如果运气好，是可以提前结束查找过程的！

（3）Mysql的多个Page的组织关系（暂时）

（4）页目录的引入与Page结构的修正

类比学校中教材的目录，page内部也引入的类似于目录的机制，当我们想要看某一个知识点，一定是先查书的目录，先大概确定知识点的位置，比如要看指针章节，发现在55-79页是指针相关的知识点，那么下一步就从55页开始查找想看的内容，这样就提高了查询的效率。目录会让整本书的页数增加，所以，目录是一种"以时间换空间"的做法。

另一种做法就是从开始一直向后查找，遍历整本书，这样很低效！

于是，为了提高一个page内部的查询效率，page内部的实际结构如下：
我们要查找id=4记录，之前必须线性遍历4次，才能拿到结果。现在直接通过目录2[3]，直接进行定位新的起始位置，提高了效率。

于是，MySQL自动排序的原因就是：
便于建立页目录，进而进一步提高查询效率！

（5）多页间的情况

MySQL一个page的大小为16KB，大小是固定的，然而16KB存不下大量的数据，所以必定需要多个页来存储数据：
在单表数据不断被插入的情况下， MySQL 会在容量不足的时候，自动开辟新的Page来保存新的数据，然后通过指针的方式，将所有的Page组织起来。然而一般而言，新插入数据会修改page内的多个数据，而不是直接添加在旧数据的后面。
但是这样在Page之间的查询依然是需要遍历的，依然是很低效的！

解决方案是在现有的基础上，给每一个page也带上目录，并且把这些目录统一存放在上一级的page中：
在上一级的page中：

存储下一级目录的索引（这个索引就是每个下一级page的最小索引）；

与不同的索引不同的是，上一级page目录管理的是page，而下一级page内部的目录管理的是一行数据。

每一个目录的构成就是：键值+指针。

无论是上一级page还是下一级page，本质都是page，只不过：
上一级page（目录页）存储的是下一级page（普通页）的地址；而下一级page（普通页）存储的是用户数据。

当数据进一步增多的时候，我们可以建立第三级别的page：
通过分析，会发现上一级page不需要横向指针，因为上一级的page知识起到了路由的作用，不需要横向遍历。

查询过程分析：

根据上面的这个图示的数据结构我们想要查找主键是3的数据：
过程如下：

从最上层开始第一级目录：1 < 3 < 11 --->从1索引进入下一级page；

第二级目录： 1 < 3 < 6 --->从下标1进入下一级page；

第三级数据页：查找的3一定在这个page中：从数据索引目录2【3】找到3的这一条数据。

整个过程遍历的page的个数就是树的高度！相对于从头到尾遍历所有的page要高效非常多（3这个数据比较小，如果是查找998877这个数据行呢？）；

五、B+树的引入与MySQL的InnodeDB下的索引结构

上图的这个结构，其实就是B+树。这也是InnodeDB的索引结构。
为什么InnodeDB选择了B+树，选择B+树的优势？
1.叶子节点保存有数据，非叶子节点没有保存数据，只保存目录项？

这样非叶子节点就可以存储更多的目录项，于是就可以管理更多的叶子page，于是可以推知：这棵树一定是一颗矮胖的树！--->查找数据行时途径的路上节点一定减少--->找到目标数据只需要更少的page，这意味着更少的IO次数---->IO层面提高了搜索的效率。
2.叶节点全都用有横向指针链接起来形成链表结构？

i，这首先是B+的特点；

ii，需要支持范围查找，一个page内的数据不一定够用。

六、InnodeDB为什么不选择其他的数据结构如B树？

链表：线性遍历----->查找非常低效，不合适；
基本的二叉搜索树----->当插入数据接近有序的时候，面临退化为线性结构，仍然会非常低效；
AVL树和红黑树：平衡二叉树---->理论上是可以的，但是二叉树只有两个树杈，分支太少，意味着相同数据量情况下，树的高度增高。与B+树的多叉树结构相比需要查找更多的page，意味着需要更多的IO交互，低效；
哈希表：O（1）直接查找---->在官方的索引实现中，MySQL是支持HASH的，仅仅是InnodeDB和MyISAM不支持。哈希虽然可以O（1）查找，但是在范围查找方面就略显无力了。
B树：B树结构与B+树不同点在于：

B树的非叶子节点既有数据，又有指针；而B+非叶子节点没有数据，只有叶子节点有数据；

B树的叶子节点没有横向指针；B+有。

结构如下：

B树：
B+树：
为什么选择B+？

节点不存储data，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。

叶子节点有横向指针相连，更便于进行范围查找。

七、InnodeDB与MyISAM的索引机制区别

1.存储机制不同：

本文前部分的把数据全都放在叶子节点的存储引擎是InnodeDB的存储引擎；除此之外，MyISAM存储引擎在叶子节点出存储的不是数据，而是数据的地址。

MyISAM存储引擎同样使用B+树，但是在叶子节点键值对数据域存储的是数据行的地址：
聚簇索引与非聚簇索引：
把用户数据和索引数据分离存储的方案叫做非聚簇索引（如MyISAM）。
把用户数据和索引存储在一起的方案叫做聚簇索引（如InnodeDB）。

如何证明？

当我们创建一个引擎为InnodeDB数据表，发现在目录树中出现了两个文件：
.frm:表结构；

.idb:索引和数据；

而当我们创建一个引擎为MyISAM数据表，发现在目录树中出现了三个文件：
.frm:表结构；

.MYD:数据；

.MYI:索引结构；

2.回表查询

MySQL 除了默认会建立主键(我们没有建立主键索引的时候，InnodeDB会默认创建一个索引，来形成B+树，但是由于我们查询的条件不是默认创建的索引，所以按我们的查询条件，只能顺序遍历查找，这样通常效率非常低下)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普通索引。

对于MyISAM 而言，创建普通索引和主键索引大体没有区别（创建两个B+树，都是在叶子节点存储数据行的地址），唯一的区别就是主键不能重复，而非主键可以重复。

对于InodeDB ，就不一样了：InnodeDB叶子节点存储的是数据本身，而创建普通索引如果还存储数据，那就需要拷贝两份数据，这就会造成空间资源浪费。于是： InnoDB 的非主键索引中叶子节点并没有数据，而只有对应记录的key值。
所以InnodeDB通过普通索引找到目标记录需要两遍索引：
首先检索普通索引获取主键；然后通过主键在主键索引中获得数据行，这个过程称为 回表查询。

八、索引的分类

索引分为：主键索引、普通索引。
普通索引包括：唯一键索引、可重复的索引。

九、索引的操作

1.主键索引

创建主键索引
i,在建表的时候：

sql 复制代码

create table userA(id int primary key, name varchar(30));
create table userB(id int, name varchar(30), primary key(id));

ii,在建表之后添加：

sql 复制代码

alter table userC add primary key(id);

主键索引的特点：

一个表中只存在一个主键索引；
搜索效率高，因为主键不可重复；
主键索引的列不能为空，不可重复；
主键索引一般都是int。

2.唯一键索引

创建唯一键索引：
i，在建表的时候：

sql 复制代码

create table userD(id int primary key, name varchar(30) unique);
create table userE(id int primary key, name varchar(30), unique(name));

ii，在建表之后添加：

sql 复制代码

alter table userF add unique(name);

唯一键索引的特点：

一张表可以有多个唯一键索引；
查询效率高，不能重复；
添加唯一键索引时，这一列数据不能有重复；
唯一键+not null == 主键索引。

3.可重复索引（普通索引）

创建普通索引：
i，建表的时候

sql 复制代码

create table userG(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
);

ii，创建表之后添加：

sql 复制代码

alter table userH add index(name);

iii，在表的基础上创建：

sql 复制代码

create index idx_name on userG(name);

普通索引的特点：

一张表有多个普通索引；
某一列值有重复，但是需要建立索引，就需要用到普通索引。

4.索引的查询

sql 复制代码

show keys from 表名;
show index from 表名;
desc 表名;

5.索引的删除

sql 复制代码

删除主键索引
alter table 表名 drop primary key;
删除其他索引
alter table 表名 drop index 索引名;
 (索引名就是show keys from 表名中的 Key_name 字段)
drop index 索引名 on 表名;

十、索引创建的原则

频繁作为查询条件的字段应该为索引；
唯一性太差，频繁更新的字段不适合做索引；
不出现在where字句中的字段不该被创建为索引。

~完
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