mysql索引知识点详解+二叉树/红黑树/B树/B+树讲解

一、mysql数据库的文件类型

1. 数据文件

1.1 表数据文件

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| 文件 | 说明 |
| .frm | MySQL 5.7 及之前版本的表结构定义文件（MySQL 8.0 已废弃）。 |
| .ibd | InnoDB 独立表空间文件，存储表数据和索引（如果 innodb_file_per_table=ON）。 |
| .MYD | MyISAM 存储引擎的数据文件。 |
| .MYI | MyISAM 存储引擎的索引文件。 |
| .par | 用于分区表的元数据文件。 |

1.2 表空间文件

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| 文件 | 说明 |
| ibdata1 | 共享表空间，默认存储 InnoDB 系统表、数据、事务日志等。 |
| ibtmp1 | 临时表空间，用于存放临时表数据。 |

2. 日志文件

2.1 二进制日志（Binlog）

用途：记录数据库数据更改的 SQL 操作，用于主从复制时让从库同步数据，也能用于时间点的数据恢复。
开启方法：在配置文件里添加 log-bin = mysql-bin 并重启服务。

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| 文件 | 说明 |
| binlog.000001 | 记录数据库的变更操作（如 INSERT、UPDATE、DELETE），用于主从复制和数据恢复。 |
| binlog.index | 记录所有二进制日志的索引文件。 |

2.2 错误日志（Error Log ）

用途：记录 MySQL 启动、运行和停止时的错误、警告和提示信息，是故障排查的关键依据。
特点：默认开启，可在配置文件中指定日志位置。

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| 文件 | 说明 |
| mysql.err | 记录 MySQL 启动、关闭、运行错误、警告及崩溃信息。 |

2.3 通用查询日志（General Log ）

用途：记录所有客户端发送给 MySQL 的 SQL 查询，用于调试和监控客户端操作。
注意事项：开启会影响性能，生产环境一般不长期开启。可在配置文件设置 general_log = 1 及日志文件路径后重启服务来开启。

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| 文件 | 说明 |
| mysql.log | 记录所有 SQL 语句，用于审计。默认关闭，需 general_log=ON 启用。 |

2.4 慢查询日志（Slow Query Log ）

用途：记录执行时间超过设定阈值的 SQL 查询，便于优化数据库性能。
开启设置：在配置文件设置 slow_query_log = 1、日志文件路径及 long_query_time 阈值后重启服务。

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| 文件 | 说明 |
| mysql-slow.log | 记录执行时间超过 long_query_time（默认 10s）的 SQL 语句，帮助优化查询。 |

2.5 中继日志（ Relay Log ）

用途：在主从复制架构中，从库接收主库二进制日志后会将其存储为中继日志，然后从中读取并执行 SQL 语句，完成数据同步。
工作机制：是从库同步数据的中间存储，可减轻主库传输压力。

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| 文件 | 说明 |
| relay-log.000001 | 从库使用的日志，存储从主库同步过来的 Binlog，用于主从复制。 |
| relay-log.index | 记录所有中继日志的索引。 |

2.6 事务日志

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| 文件 | 说明 |
| ib_logfile0、ib_logfile1 | InnoDB 的事务日志，用于崩溃恢复。 |

3. 配置文件

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| 文件 | 说明 |
| my.cnf / my.ini | MySQL 的主配置文件，存放数据库参数，如端口、存储引擎等。 |

4. 其它临时文件

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| 文件 | 说明 |
| #sql-xxx.frm | MySQL 运行时创建的临时表结构文件。 |
| #sql-xxx.MYD | 临时表数据文件（MyISAM）。 |
| #sql-xxx.ibd | 临时表数据文件（InnoDB）。 |
| .pid | MySQL 进程 ID 文件，存储 MySQL 服务器的进程号（PID）。 |

二、索引管理

1. 索引的概念

索引是一种按照特定 数据结构 存储的数据，它加快了数据库的查询速度，但同时也会 影响写入性能 （因为插入或更新数据时需要维护索引）。索引应创建在 经常作为查询条件的字段 上，以提高查询效率。

2. 索引功能、作用

2.1 索引的作用

2.2 提高查询速度

无索引：全表扫描（消耗大量资源）。
有索引：先对索引字段排序，再利用索引进行高效查找（减少 I/O）。

将经常用于查询的某些字段定义索引后，数据库利用索引定位技术，能够大大加快查询速率。但会减弱写数据的性能，因为写入的数据要重新排序特别是在当表特别大的时候，或者涉及到多表查询的时候，利用索引可以使查询加快成千倍。

2.3 降低 I/O 成本

优化数据访问 ，将随机 I/O 转为顺序 I/O，减少磁盘访问开销，降低数据库的排序成本。
加速分组与排序
1. 使用 GROUP BY、ORDER BY 时，索引能大幅减少分组和排序时间。

索引的缺点:占用额外空间，影响插入速度

3. 索引类型

聚集索引 ： 数据物理存储顺序与索引一致，一个表通常只有一个，利于范围查询和排序。
非聚集索引 ： 索引和数据物理顺序无关，一个表可建多个，像 "目录"，查找时可能需二次定位。

区别

存储： 聚集索引 叶子节点 存实际数据， 非聚集索引 存索引键值和行指针。
查询： 聚集索引 适合范围查询， 非聚集索引 适合精确匹配。
增删改： 聚集索引 操作可能引发大量数据移动， 非聚集索引 影响相对小。

主键 索引、辅助索引

稠密索引、稀疏索引

B+TREE 索引HASH索引 RTREE 索引

简单索引和组合索引

4. 二叉树、红黑树、B树、B+树简单实现

4.1 二叉树

**结构：**树状结构的基础形态，每个节点最多拥有两个子节点，分别称为左子节点和右子节点。其形状如同自然界的树，从根节点开始不断分支。
**特点：**查找时从根节点出发，依据数据与当前节点值的大小比较结果，决定向左或向右子节点移动，类似于在二叉决策过程中不断做出选择。但它对数据插入顺序敏感，若插入顺序不当，会导致树严重失衡，使查找效率从理想的对数级退化为线性级。
**应用：**常用于实现简单的搜索算法和数据结构，如在一些递归算法的演示、简单的内存数据存储场景中应用较多，不过由于其不稳定性，在大规模数据处理中较少直接使用。

4.2 红黑树

**结构：**在普通二叉树的基础上，为每个节点增加了颜色属性，颜色只有红色和黑色两种。这种颜色标记是其实现平衡的关键元素。
**特点：**通过严格的颜色规则（如根节点为黑色、红色节点的子节点为黑色等）来保证树的大致平衡。这使得红黑树在插入、删除和查找操作时，时间复杂度都能稳定在对数级别，避免了普通二叉树可能出现的性能恶化问题。
**应用：**广泛应用于编程语言的标准库中，例如 Java 的 TreeMap 和 TreeSet、C++ 的 STL 中的 set 和 map 等数据结构都基于红黑树实现，用于高效地存储和查找有序数据。

4.3 B 树

**结构：**一种多路平衡查找树，每个节点可以包含多个关键字和多个子节点（子节点数量通常大于 2）。它的结构类似于多叉的树形目录，每个节点相当于一个小的存储单元，可以容纳多个数据项。
**特点：**每个节点不仅存储关键字，还可能存储对应的数据，所有叶子节点位于同一层，保证了树的平衡性。这种结构使得在进行查找、插入和删除操作时，能够有效减少磁盘 I/O 次数，因为每次 I/O 操作可以读取或写入多个关键字。
**应用：**在文件系统和数据库系统中被广泛应用，用于实现索引结构。例如，在文件系统中，B 树可以帮助快速定位文件的存储位置；在数据库中，它可以加速数据的查询操作。

4.4 B + 树

**结构：**作为 B 树的变种，B + 树的非叶子节点只存储索引信息，不存储实际数据，实际数据全部存储在叶子节点中。并且所有叶子节点之间通过指针相连，形成一个有序链表。这种结构类似于多级索引表，非叶子节点是高层索引，叶子节点是最终的数据存储层。
**特点：**由于非叶子节点不存储数据，相同大小的磁盘页可以容纳更多的索引项，进一步减少了磁盘 I/O 次数。同时，叶子节点的链表结构使得范围查询变得非常高效，只需要在链表上进行顺序遍历即可。
**应用：**是数据库索引的主流实现方式，如 MySQL 的 InnoDB 存储引擎就采用 B + 树来组织索引和数据。它能够显著提高数据库的查询性能，特别是在处理范围查询和排序操作时表现出色。

5.索引组织方式(B+Tree)

左前缀索引:例如 like'abc%'

MySQL在索引时，采用左前缀索引。例如字符型 255 长度，会抽取最左侧的一部分字符来作为索引。

6.管理索引的途径

创建索引：
- 创建表时指定。
- 修改表时添加或删除：ALTER TABLE tb_name ADD/DROP INDEX index_name;
- 单独创建：CREATE INDEX index_name ON tbl_name(col_name);（仅限普通索引）。
删除索引 ：DROP INDEX index_name ON tbl_name;
查看索引 ：SHOW INDEXES FROM tbl_name;
查看可能用到的索引 ：EXPLAIN SELECT ...;

三、mysql外键设置及定义

定义

为了满足关系型数据库的第三范式，降低数据冗余，在表与表之间需要满足相应的约束关系，可以为表和表之间设置外键

语法：foreign key(col_name) references f_table(col_name)

设置外键语法（表类型不能是myisam存储引擎）

四、视图

视图：VIEW

是一种虚表（存储下来的select语句），表结构为空。

1.创建视图:CREATE VlEW vtbl name as select statement(查询语句)

2.修改视图，#母表会变化;修改母表，视图会变化