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【MySQL —— 索引】

2022-08-03 23:28:00 【掉了颗兔牙lx】

1. 什么是索引

2. 索引的作用

前言

MySQL 中的内部原理和机制非常多，前面的 sql 属于操作层面，后面的索引、事务就属于 MySQL 原理层面。如果之后要实现一个数据库，那么就必须懂得 MySQL 的运行机制和它的内部原理，所以索引、事务是面试这块必考的点。

1. 什么是索引

索引是一种特殊的文件，包含着对数据表里所有记录的引用指针。可以对表中的一列或多列创建索引，并指定索引的类型，各类索引有各自的数据结构实现。索引是一种数据结构，数据库索引是数据库管理系统中一个排序的数据结构，以协助快速查询、更新数据库表中的数据。

2. 索引的作用

数据库中的表、数据、索引之间的关系就像书架上的图书、书籍内容和书籍目录的关系。数据库中的数据存储在磁盘上，磁盘一条一条进行查找很慢，索引所起的作用类似于目录，可用于快速定位、检索数据。

3. 索引的影响

优点：提高数据库查询效率；

缺点：占用更多的存储空间，拖慢了增删改的速度；索引的维护成本很高，每次新增、删除数据都需要整理树结构，索引的底层实现使用的 B+ 树。

4. 索引的使用场景

数据量较大时，可以加索引；

如果是经常做查询的列适合使用索引，如果是经常做插入、修改操作的列不适合使用索引；

磁盘空间不足时，不考虑创建索引。

5. 索引的使用

5.1 查看索引

show index from 表名;

5.2 创建索引

在创建主键、外键、唯一键时会自动创建索引，而其他索引就需要手动创建。

在建表时，给字段 k 加索引：

create table n(
    id int primary key,
    name varchar(20),
    k int not null,
    index(k)
)

给一个表中的某个列创建索引：

create index 索引名字 on 表名(列名);

ps:创建索引是一个非常低效的事情，尤其是表中有大量的数据，在生产中如果表中没有索引，不要贸然就创建。所以最好在创建表时就应该规划好索引。

5.3 删除索引

drop index 索引名字 on 表名;

6. 索引的底层实现

索引的底层：索引的作用就是加快查找速度，而查找就需要遍历，所以索引的数据结构就不能是线性表，因为在线性表中的查找是“按照下标”访问元素，我们需要的是“按照值”查找。也不可以使用二叉树，因为当元素多了的时候，二叉树的高度就高了，高度高了比较多次数就多了，意味着磁盘 I/O次数增加。哈希表也不太适合，虽然它的查找速度很快，但是他只能进行相等判定，不能进行比较大于小于，以及范围查找。而堆只能找最大、最小值。所以最适合的是树形结构，优化二叉树，使用 B树，最后升级到 B+ 树。

数据库有多种，每个数据库又有多种引擎，不同的引擎实现了数据具体存储的结构。MySQL 最著名的引擎：InnoDB 和 MyISAM。不同的引擎存储数据的结构不同，索引的底层数据结构也可能不同。

6.1 二叉树

缺点：数据多之后，树的高度就高了，比较多次数就多了，意味着磁盘 I/O次数增加。维护和查询的性能不好。

6.2 B 树

B 树也称为 B - 树，是多叉搜索树的前身。B 树的每个节点上，都会存储 N 个 key 值，N 个 key 值就划分 N + 1 个空间，每个空间都对应一个子树。也就是每个节点维护 N 个数据，并最多指向 N + 1个子节点。在 B 树中查找元素，先从根节点出发，根据待比较的元素确定一个区间。比如查找 11 这个节点，先和根节点17，35比较，11比17小，在左子节点，找到左子节点，也就是第二层节点；然后对比8和12，11在它两中间，找到当前节点的中间子节点，也就是第三层节点；11再和9，11对比，11==11，找到当前节点的第二个数（11），就是结果。

优点：B树是在二叉树的基础上，增加单个节点的数据存储量，同时增加了树的子节点，缩小了查找范围。相比较二叉树高度减少，高度减少，每个节点的比较次数增加，但是磁盘的 I/O次数减少。

缺点：所有节点都保存了数据，加载时间增加。

6.3 B+ 树

B 树已经解决了磁盘 I/O 次数这个问题，但是每次查询获取的不一定都是有用数据。所以我们可以把存储的数据放在最后的节点上，也就是叶子节点上，其他非叶子节点只保存索引数据（key值），不存放存储数据，这样就使非叶子节点整体的空间变小。这样就有了 B+ 树。

B + 树就是为了将索引数据和存储数据拆分开的多叉搜索树。

B+ 树的重点在于：所有的查询最终都会落到叶子节点上；所有的存储数据都是放到叶子节点上的，非叶子节点只保存索引数据。

将所有的数据存储（载荷）都放在叶子节点上，因为数据中索引和数据是分离的，所以我们要把真实的存储数据换成所在地址。

7. 索引的分类

索引的分类有以下⼏种：
主键索引：⼀种特殊的唯⼀索引，不允许有空值，⼀般是在建表的时候同时创建主键索引（通过 primary key）。
⾮主键索引（⼆级索引）：除主键索引之外的其他索引。
唯⼀索引：不能重复的索引。
普通索引：可以重复也可以为 NULL 的索引。
联合索引：使⽤多个字段联合组成的索引。