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<title>05 深入浅出索引（下）.md.html</title>
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<span>技术文章摘抄</span>
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<li><a href="../">上一级</a></li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/00 开篇词 这一次，让我们一起来搞懂MySQL.md.html">00 开篇词 这一次，让我们一起来搞懂MySQL</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/01 基础架构：一条SQL查询语句是如何执行的？.md.html">01 基础架构：一条SQL查询语句是如何执行的？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/02 日志系统：一条SQL更新语句是如何执行的？.md.html">02 日志系统：一条SQL更新语句是如何执行的？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/03 事务隔离：为什么你改了我还看不见？.md.html">03 事务隔离：为什么你改了我还看不见？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/04 深入浅出索引（上）.md.html">04 深入浅出索引（上）</a>
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</li>
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<li>
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<a class="current-tab" href="/专栏/MySQL实战45讲/05 深入浅出索引（下）.md.html">05 深入浅出索引（下）</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/06 全局锁和表锁 ：给表加个字段怎么有这么多阻碍？.md.html">06 全局锁和表锁 ：给表加个字段怎么有这么多阻碍？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/07 行锁功过：怎么减少行锁对性能的影响？.md.html">07 行锁功过：怎么减少行锁对性能的影响？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/08 事务到底是隔离的还是不隔离的？.md.html">08 事务到底是隔离的还是不隔离的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/09 普通索引和唯一索引，应该怎么选择？.md.html">09 普通索引和唯一索引，应该怎么选择？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/10 MySQL为什么有时候会选错索引？.md.html">10 MySQL为什么有时候会选错索引？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/11 怎么给字符串字段加索引？.md.html">11 怎么给字符串字段加索引？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/12 为什么我的MySQL会“抖”一下？.md.html">12 为什么我的MySQL会“抖”一下？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/13 为什么表数据删掉一半，表文件大小不变？.md.html">13 为什么表数据删掉一半，表文件大小不变？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/14 count()这么慢，我该怎么办？.md.html">14 count()这么慢，我该怎么办？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/15 答疑文章（一）：日志和索引相关问题.md.html">15 答疑文章（一）：日志和索引相关问题</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/16 “order by”是怎么工作的？.md.html">16 “order by”是怎么工作的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/17 如何正确地显示随机消息？.md.html">17 如何正确地显示随机消息？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/18 为什么这些SQL语句逻辑相同，性能却差异巨大？.md.html">18 为什么这些SQL语句逻辑相同，性能却差异巨大？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/19 为什么我只查一行的语句，也执行这么慢？.md.html">19 为什么我只查一行的语句，也执行这么慢？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/20 幻读是什么，幻读有什么问题？.md.html">20 幻读是什么，幻读有什么问题？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/21 为什么我只改一行的语句，锁这么多？.md.html">21 为什么我只改一行的语句，锁这么多？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/22 MySQL有哪些“饮鸩止渴”提高性能的方法？.md.html">22 MySQL有哪些“饮鸩止渴”提高性能的方法？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/23 MySQL是怎么保证数据不丢的？.md.html">23 MySQL是怎么保证数据不丢的？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/24 MySQL是怎么保证主备一致的？.md.html">24 MySQL是怎么保证主备一致的？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/25 MySQL是怎么保证高可用的？.md.html">25 MySQL是怎么保证高可用的？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/26 备库为什么会延迟好几个小时？.md.html">26 备库为什么会延迟好几个小时？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/27 主库出问题了，从库怎么办？.md.html">27 主库出问题了，从库怎么办？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/28 读写分离有哪些坑？.md.html">28 读写分离有哪些坑？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/29 如何判断一个数据库是不是出问题了？.md.html">29 如何判断一个数据库是不是出问题了？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/30 答疑文章（二）：用动态的观点看加锁.md.html">30 答疑文章（二）：用动态的观点看加锁</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/31 误删数据后除了跑路，还能怎么办？.md.html">31 误删数据后除了跑路，还能怎么办？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/32 为什么还有kill不掉的语句？.md.html">32 为什么还有kill不掉的语句？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/33 我查这么多数据，会不会把数据库内存打爆？.md.html">33 我查这么多数据，会不会把数据库内存打爆？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/34 到底可不可以使用join？.md.html">34 到底可不可以使用join？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/35 join语句怎么优化？.md.html">35 join语句怎么优化？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/36 为什么临时表可以重名？.md.html">36 为什么临时表可以重名？</a>
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</li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/37 什么时候会使用内部临时表？.md.html">37 什么时候会使用内部临时表？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/38 都说InnoDB好，那还要不要使用Memory引擎？.md.html">38 都说InnoDB好，那还要不要使用Memory引擎？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/39 自增主键为什么不是连续的？.md.html">39 自增主键为什么不是连续的？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/40 insert语句的锁为什么这么多？.md.html">40 insert语句的锁为什么这么多？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/41 怎么最快地复制一张表？.md.html">41 怎么最快地复制一张表？</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/42 grant之后要跟着flush privileges吗？.md.html">42 grant之后要跟着flush privileges吗？</a>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/43 要不要使用分区表？.md.html">43 要不要使用分区表？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/44 答疑文章（三）：说一说这些好问题.md.html">44 答疑文章（三）：说一说这些好问题</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/45 自增id用完怎么办？.md.html">45 自增id用完怎么办？</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/我的MySQL心路历程.md.html">我的MySQL心路历程</a>
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<li>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/结束语 点线网面，一起构建MySQL知识网络.md.html">结束语 点线网面，一起构建MySQL知识网络</a>
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>05 深入浅出索引（下）</h1>
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<p>在上一篇文章中，我和你介绍了 InnoDB 索引的数据结构模型，今天我们再继续聊聊跟 MySQL 索引有关的概念。</p>
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||
<p>在开始这篇文章之前，我们先来看一下这个问题：</p>
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||
<p>在下面这个表 T 中，如果我执行 select * from T where k between 3 and 5，需要执行几次树的搜索操作，会扫描多少行？</p>
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<p>下面是这个表的初始化语句。</p>
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<pre><code>mysql> create table T (
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ID int primary key,
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k int NOT NULL DEFAULT 0,
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s varchar(16) NOT NULL DEFAULT '',
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index k(k))
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||
engine=InnoDB;
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||
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||
insert into T values(100,1, 'aa'),(200,2,'bb'),(300,3,'cc'),(500,5,'ee'),(600,6,'ff'),(700,7,'gg');
|
||
</code></pre>
|
||
<p><img src="assets/dcda101051f28502bd5c4402b292e38d.png" alt="img" /></p>
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||
<p>图 1 InnoDB 的索引组织结构</p>
|
||
<p>现在，我们一起来看看这条 SQL 查询语句的执行流程：</p>
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<ol>
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||
<li>在 k 索引树上找到 k=3 的记录，取得 ID = 300；</li>
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||
<li>再到 ID 索引树查到 ID=300 对应的 R3；</li>
|
||
<li>在 k 索引树取下一个值 k=5，取得 ID=500；</li>
|
||
<li>再回到 ID 索引树查到 ID=500 对应的 R4；</li>
|
||
<li>在 k 索引树取下一个值 k=6，不满足条件，循环结束。</li>
|
||
</ol>
|
||
<p>在这个过程中，<strong>回到主键索引树搜索的过程，我们称为回表</strong>。可以看到，这个查询过程读了 k 索引树的 3 条记录（步骤 1、3 和 5），回表了两次（步骤 2 和 4）。</p>
|
||
<p>在这个例子中，由于查询结果所需要的数据只在主键索引上有，所以不得不回表。那么，有没有可能经过索引优化，避免回表过程呢？</p>
|
||
<h1>覆盖索引</h1>
|
||
<p>如果执行的语句是 select ID from T where k between 3 and 5，这时只需要查 ID 的值，而 ID 的值已经在 k 索引树上了，因此可以直接提供查询结果，不需要回表。也就是说，在这个查询里面，索引 k 已经“覆盖了”我们的查询需求，我们称为覆盖索引。</p>
|
||
<p><strong>由于覆盖索引可以减少树的搜索次数，显著提升查询性能，所以使用覆盖索引是一个常用的性能优化手段。</strong></p>
|
||
<p>需要注意的是，在引擎内部使用覆盖索引在索引 k 上其实读了三个记录，R3~R5（对应的索引 k 上的记录项），但是对于 MySQL 的 Server 层来说，它就是找引擎拿到了两条记录，因此 MySQL 认为扫描行数是 2。</p>
|
||
<blockquote>
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||
<p>备注：关于如何查看扫描行数的问题，我将会在第 16 文章《如何正确地显示随机消息？》中，和你详细讨论。</p>
|
||
</blockquote>
|
||
<p>基于上面覆盖索引的说明，我们来讨论一个问题：<strong>在一个市民信息表上，是否有必要将身份证号和名字建立联合索引？</strong></p>
|
||
<p>假设这个市民表的定义是这样的：</p>
|
||
<pre><code>CREATE TABLE `tuser` (
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||
`id` int(11) NOT NULL,
|
||
`id_card` varchar(32) DEFAULT NULL,
|
||
`name` varchar(32) DEFAULT NULL,
|
||
`age` int(11) DEFAULT NULL,
|
||
`ismale` tinyint(1) DEFAULT NULL,
|
||
PRIMARY KEY (`id`),
|
||
KEY `id_card` (`id_card`),
|
||
KEY `name_age` (`name`,`age`)
|
||
) ENGINE=InnoDB
|
||
</code></pre>
|
||
<p>我们知道，身份证号是市民的唯一标识。也就是说，如果有根据身份证号查询市民信息的需求，我们只要在身份证号字段上建立索引就够了。而再建立一个（身份证号、姓名）的联合索引，是不是浪费空间？</p>
|
||
<p>如果现在有一个高频请求，要根据市民的身份证号查询他的姓名，这个联合索引就有意义了。它可以在这个高频请求上用到覆盖索引，不再需要回表查整行记录，减少语句的执行时间。</p>
|
||
<p>当然，索引字段的维护总是有代价的。因此，在建立冗余索引来支持覆盖索引时就需要权衡考虑了。这正是业务 DBA，或者称为业务数据架构师的工作。</p>
|
||
<h1>最左前缀原则</h1>
|
||
<p>看到这里你一定有一个疑问，如果为每一种查询都设计一个索引，索引是不是太多了。如果我现在要按照市民的身份证号去查他的家庭地址呢？虽然这个查询需求在业务中出现的概率不高，但总不能让它走全表扫描吧？反过来说，单独为一个不频繁的请求创建一个（身份证号，地址）的索引又感觉有点浪费。应该怎么做呢？</p>
|
||
<p>这里，我先和你说结论吧。<strong>B+ 树这种索引结构，可以利用索引的“最左前缀”，来定位记录。</strong></p>
|
||
<p>为了直观地说明这个概念，我们用（name，age）这个联合索引来分析。</p>
|
||
<p><img src="assets/89f74c631110cfbc83298ef27dcd6370.jpg" alt="img" /></p>
|
||
<p>图 2 （name，age）索引示意图</p>
|
||
<p>可以看到，索引项是按照索引定义里面出现的字段顺序排序的。</p>
|
||
<p>当你的逻辑需求是查到所有名字是“张三”的人时，可以快速定位到 ID4，然后向后遍历得到所有需要的结果。</p>
|
||
<p>如果你要查的是所有名字第一个字是“张”的人，你的 SQL 语句的条件是"where name like ‘张 %’"。这时，你也能够用上这个索引，查找到第一个符合条件的记录是 ID3，然后向后遍历，直到不满足条件为止。</p>
|
||
<p>可以看到，不只是索引的全部定义，只要满足最左前缀，就可以利用索引来加速检索。这个最左前缀可以是联合索引的最左 N 个字段，也可以是字符串索引的最左 M 个字符。</p>
|
||
<p>基于上面对最左前缀索引的说明，我们来讨论一个问题：<strong>在建立联合索引的时候，如何安排索引内的字段顺序。</strong></p>
|
||
<p>这里我们的评估标准是，索引的复用能力。因为可以支持最左前缀，所以当已经有了 (a,b) 这个联合索引后，一般就不需要单独在 a 上建立索引了。因此，<strong>第一原则是，如果通过调整顺序，可以少维护一个索引，那么这个顺序往往就是需要优先考虑采用的。</strong></p>
|
||
<p>所以现在你知道了，这段开头的问题里，我们要为高频请求创建 (身份证号，姓名）这个联合索引，并用这个索引支持“根据身份证号查询地址”的需求。</p>
|
||
<p>那么，如果既有联合查询，又有基于 a、b 各自的查询呢？查询条件里面只有 b 的语句，是无法使用 (a,b) 这个联合索引的，这时候你不得不维护另外一个索引，也就是说你需要同时维护 (a,b)、(b) 这两个索引。</p>
|
||
<p>这时候，我们要<strong>考虑的原则就是空间</strong>了。比如上面这个市民表的情况，name 字段是比 age 字段大的 ，那我就建议你创建一个（name,age) 的联合索引和一个 (age) 的单字段索引。</p>
|
||
<h1>索引下推</h1>
|
||
<p>上一段我们说到满足最左前缀原则的时候，最左前缀可以用于在索引中定位记录。这时，你可能要问，那些不符合最左前缀的部分，会怎么样呢？</p>
|
||
<p>我们还是以市民表的联合索引（name, age）为例。如果现在有一个需求：检索出表中“名字第一个字是张，而且年龄是 10 岁的所有男孩”。那么，SQL 语句是这么写的：</p>
|
||
<pre><code>mysql> select * from tuser where name like '张 %' and age=10 and ismale=1;
|
||
</code></pre>
|
||
<p>你已经知道了前缀索引规则，所以这个语句在搜索索引树的时候，只能用 “张”，找到第一个满足条件的记录 ID3。当然，这还不错，总比全表扫描要好。</p>
|
||
<p>然后呢？</p>
|
||
<p>当然是判断其他条件是否满足。</p>
|
||
<p>在 MySQL 5.6 之前，只能从 ID3 开始一个个回表。到主键索引上找出数据行，再对比字段值。</p>
|
||
<p>而 MySQL 5.6 引入的索引下推优化（index condition pushdown)， 可以在索引遍历过程中，对索引中包含的字段先做判断，直接过滤掉不满足条件的记录，减少回表次数。</p>
|
||
<p>图 3 和图 4，是这两个过程的执行流程图。</p>
|
||
<p><img src="assets/b32aa8b1f75611e0759e52f5915539ac.jpg" alt="img" /></p>
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||
<p>图 3 无索引下推执行流程</p>
|
||
<p><img src="assets/76e385f3df5a694cc4238c7b65acfe1b.jpg" alt="img" /></p>
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||
<p>图 4 索引下推执行流程</p>
|
||
<p>在图 3 和 4 这两个图里面，每一个虚线箭头表示回表一次。</p>
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||
<p>图 3 中，在 (name,age) 索引里面我特意去掉了 age 的值，这个过程 InnoDB 并不会去看 age 的值，只是按顺序把“name 第一个字是’张’”的记录一条条取出来回表。因此，需要回表 4 次。</p>
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<p>图 4 跟图 3 的区别是，InnoDB 在 (name,age) 索引内部就判断了 age 是否等于 10，对于不等于 10 的记录，直接判断并跳过。在我们的这个例子中，只需要对 ID4、ID5 这两条记录回表取数据判断，就只需要回表 2 次。</p>
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<h1>小结</h1>
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<p>今天这篇文章，我和你继续讨论了数据库索引的概念，包括了覆盖索引、前缀索引、索引下推。你可以看到，在满足语句需求的情况下， 尽量少地访问资源是数据库设计的重要原则之一。我们在使用数据库的时候，尤其是在设计表结构时，也要以减少资源消耗作为目标。</p>
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<p>接下来我给你留下一个问题吧。</p>
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<p>实际上主键索引也是可以使用多个字段的。DBA 小吕在入职新公司的时候，就发现自己接手维护的库里面，有这么一个表，表结构定义类似这样的：</p>
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<pre><code>CREATE TABLE `geek` (
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`a` int(11) NOT NULL,
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`b` int(11) NOT NULL,
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`c` int(11) NOT NULL,
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`d` int(11) NOT NULL,
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PRIMARY KEY (`a`,`b`),
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KEY `c` (`c`),
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KEY `ca` (`c`,`a`),
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KEY `cb` (`c`,`b`)
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) ENGINE=InnoDB;
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</code></pre>
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<p>公司的同事告诉他说，由于历史原因，这个表需要 a、b 做联合主键，这个小吕理解了。</p>
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<p>但是，学过本章内容的小吕又纳闷了，既然主键包含了 a、b 这两个字段，那意味着单独在字段 c 上创建一个索引，就已经包含了三个字段了呀，为什么要创建“ca”“cb”这两个索引？</p>
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<p>同事告诉他，是因为他们的业务里面有这样的两种语句：</p>
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<pre><code>select * from geek where c=N order by a limit 1;
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select * from geek where c=N order by b limit 1;
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</code></pre>
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<p>我给你的问题是，这位同事的解释对吗，为了这两个查询模式，这两个索引是否都是必须的？为什么呢？</p>
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<p>你可以把你的思考和观点写在留言区里，我会在下一篇文章的末尾和你讨论这个问题。感谢你的收听，也欢迎你把这篇文章分享给更多的朋友一起阅读。</p>
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<h1>上期问题时间</h1>
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<p>上期的问题是，通过两个 alter 语句重建索引 k，以及通过两个 alter 语句重建主键索引是否合理。</p>
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<p>在评论区，有同学问到为什么要重建索引。我们文章里面有提到，索引可能因为删除，或者页分裂等原因，导致数据页有空洞，重建索引的过程会创建一个新的索引，把数据按顺序插入，这样页面的利用率最高，也就是索引更紧凑、更省空间。</p>
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<p>这道题目，我给你的“参考答案”是：</p>
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<p>重建索引 k 的做法是合理的，可以达到省空间的目的。但是，重建主键的过程不合理。不论是删除主键还是创建主键，都会将整个表重建。所以连着执行这两个语句的话，第一个语句就白做了。这两个语句，你可以用这个语句代替 ： alter table T engine=InnoDB。在专栏的第 12 篇文章《为什么表数据删掉一半，表文件大小不变？》中，我会和你分析这条语句的执行流程。</p>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/04 深入浅出索引（上）.md.html">上一页</a>
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<a href="/专栏/MySQL实战45讲/06 全局锁和表锁 ：给表加个字段怎么有这么多阻碍？.md.html">下一页</a>
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