数据库系列2-索引

可以实现索引的数据结构有多种,包括哈希表、有序数组和搜索树等。

哈希表

key-value对,当做索引存在的缺陷:

a.只能等值查询,不支持范围查询

b.存在hash冲突,严重的情况下退化成链表

有序数组

有序数组能很好地支持等值查询和范围查询,但有序数组的更新成本高(比如在下标i处插入一条新数据,i后面的数据都要向后挪移),根据这个特性,很适合作为静态数据的索引实现

搜索树

一般来讲,搜索树特指二叉搜索树,是有序的,按照中序遍历得到一个递增序列。因为任何一个节点最多只有两个子节点,所以树的高度随节点数量增大而增高,height >= log(n)。树的高度代表读取磁盘的次数,所以为了减少读磁盘的次数,想办法降低树的高度,只能增大子节点数量。MySQL的索引用的数据结构便是B+树。B+树作为索引在访问磁盘数据中能大大提高效率,所以B+树不仅用于数据库的索引,也适用于各种文件系统。

所以先去了解下B树和B+树。

B树的的增删改查操作,添加数据时,难点在于节点的分裂,将中间key加入父节点。如果父节点的key数量也超过了,递归分裂父节点。

在MySQL中,每一个索引就是一颗B+树,那么MySQL的索引利用B+树是怎么实现索引的。数据存放在叶子节点

这里其实更像跳表,叶子层有全量的数据,而非叶子层是部分的数据用于分块的,

按照叶子节点里存的数据,索引分为主键索引和非主键索引。

主键索引的叶子节点存的是整行数据(其实是这行数据在磁盘上的block相关地址),主键索引也成为聚簇索引。(非得搞这么高大上的名字。。。)

非主键索引的叶子节点存的是主键的值,非主键索引也成为二级索引。

查询数据一定是通过主键索引去查的,因为数据存在磁盘上的哪个位置只有主键索引里有。所以主键天然就是有索引的。如果不显示指定表的主键,则MySQL默认会有一个创建一个row_id作为隐式的主键。

当根据非主键索引查询到符合条件的主键后,再去主键索引里找其对应的数据。这个过程叫做回表。

这里解释一个问题,为什么主键索引要用自增数字作为主键,因为自增,每次都是追加,不会在主键索引中存在插入的场景,尽可能在新增数据过程分裂节点。另一方面,从存储方面来讲,整形是4个字节,长整型是8个字节。占用空间更少。

如果在一次查询查询中,查询的字段刚好都在联合索引的字段里,这时直接查询一次二级索引就可以了,不用再去查主键索引(找出整行数据,拿到需要的字段)。这就是索引覆盖,可以作为一种优化方案。

联合索引和最左匹配原则

MySQL对联合索引的存储是根据索引定义中字段的顺序,将所有字段”拼接成一个字符串”(可以先这么简单理解,具体的实现方案暂且不管)。所以,当只按照这个联合索引的第一个字段查询时,依旧可以走这个索引,效果跟第一个字段建立的单独索引的效果一样。因此,在定义联合索引的字段顺序时,谁放在前,看哪个字段更需要单独的索引,即尽可能避免再对联合索引中的字段单独再建索引。

因为索引是有序的,对于联合索引,就是第一个字段是有序的,所以根据联合索引中的非第一个字段过滤数据时,就只能通过主键索引,全表逐行过滤

索引的序列化

当持久化索引时,怎么序列化内存中的索引数据,关键点在于怎么记录key之间的位置关系。参考mapdb

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