04 | 深入浅出索引(上)有问题未解答

 SQL 查询慢,加索引,提高数据查询效率,表目录

索引的常见模型

(1)哈希表:值放数组,哈希函数 key 换算成确定位置, value 放这,如key冲突,拉出链表。

身份证信息和姓名的表,根据身份证号查找名字:

图 1 哈希表示意图

User2 和 User4 根据身份证号算出来值都是 N,后面还跟链表。

查 ID_card_n2 对应名字:将 ID_card_n2 通过哈希函数算出 N;按顺序遍历,找到 User2。

ID_card_n 不是递增,增加快,查询慢。适用于只有等值查询,如Memcached 及其他一些 NoSQL 引擎。

(2)有序数组:

等值、范围查询优秀更新成本高。适用于静态存储引擎

图 2 有序数组示意图

身份证号没重复,递增的保存。ID_card_n2 二分法快速得到 O(log(N))。

[ID_card_X,ID_card_Y] 区间的 User,二分法找到 ID_card_X(如不存在 ID_card_X,就找到大于 ID_card_X 的第一个 User),向右遍历,直到查到第一个大于 ID_card_Y 的身份证号,退出循环。

(3)二叉搜索树

图 3 二叉搜索树示意图

左儿子小于父节点,父节点又小于右儿子。查 ID_card_n2 的话,按照 UserA ->

UserC -> UserF -> User2  查询O(log(N))。维持 O(log(N)) 保持这棵树是平衡二叉树。更新也是 O(log(N))。

也可多叉。多个儿子从左到右递增。搜索效率最高,存储不使用二叉树,索引要存在内存、磁盘上。

100 万节点平衡二叉树,树高 20。一次查询可能需要访问 20 个数据块。磁盘随机读一个数据块需要 10 ms 左右的寻址时间。 100 万行表,二叉树来存储,单独访问一个行可能需要 20 个 10 ms 时间,可真够慢的。?

查询尽量少地读磁盘,访问尽量少的数据块。“N 叉”树中的“N”取决于数据块的大小。

 InnoDB一个整数字段索引为例,N 差不多是 1200。树高4,可存 1200 的 3 次方个值,这已经 17 亿了。树根数据块在内存中,10 亿行表上一个整数字段的索引,最多访问 3 次磁盘。第二层很大概率在内存中,访问磁盘平均次数更少。

N 叉树读写上的性能优点,适配磁盘的访问模式,广泛应用数据库引擎。

实战内容:

MySQL 中,索引是在存储引擎层实现,没有统一索引标准,即不同存储引擎的索引的工作方式并不一样。而即使多个存储引擎支持同一种类型的索引,其底层的实现也可能不同。

InnoDB 的索引模型

根据主键顺序索引形式存放的,为索引组织表。用 B+ 树索引模型,数据存在 B+ 树中。每个索引对应一棵 B+ 树(InnoDB 里)

主键为 ID 表,字段  k 上有索引。建表语句是:

mysql> create  table T(

id int primary  key,

k int not null,

name varchar(16),

index  (k))engine=InnoDB;

表中 R1~R5 的 (ID,k) 值分别为 (100,1)、(200,2)、(300,3)、(500,5) 和 (600,6),两棵树的示例示意图如下。

图 4 InnoDB 的索引组织结构

根据叶子节点的内容,索引类型分为:

(1)主键索引的叶子节点存的是整行数据。聚簇索引(clustered index)。

(2)非主键索引的叶子节点内容是主键的值。二级索引(secondary index)。

查询有什么区别?

select * from T where ID=500,只需搜索 ID 这棵 B+ 树;

select * from T where k=5,先搜k 索引,ID 值500,再到ID 索引树搜索。过程称为回表

非主键索引查询需多扫描一棵索引树。尽量用主键查询

索引维护

1、插入ID = 700,R5 后插入。 ID = 400,逻辑上挪动后面数据,空出位置。

R5 数据页满了, B+ 树算法,申请新数据页,挪动部分数据。称为页分裂。性能受影响。分到两个页中,整体空间利用率降低大约 50%。

相邻两个页删除数据,做合并

2、例:用身份证号做主键,还是用自增主键呢?

非主键索引的叶子节点上都是主键的值。身份证号做主键,二级索引的叶子节点约 20 个字节,整型做主键,只要 4 个字节。

主键长度越小,普通索引叶子节点越小,占用空间越小。性能更好

3、业务字段做主键场景(KV 场景):

(1)只有一个索引;

(2)唯一索引。

没有其他索引,不考虑其他索引的叶子节点大小问题。将索引设置为主键,避免搜索两棵树。

小结

InnoDB 用B+ 树结构,配合磁盘的读写特性,减少单次查询磁盘访问次数。

自增主键,占用的空间最小。无绝对

重建索引 k:

alter table T  drop index k;

alter table T add  index(k);

重建主键索引:

alter table T  drop primary key;

alter table T add  primary key(id);

是否合理,更好方法是什么?

索引可能因为删除,页分裂,数据页空洞重建索引,数据顺序插入,利用率最高,更紧凑、省空间。

重建主键不合理。删除/创建主键表将重建。第一个语句白做了。这两个语句,可用 alter table代替

评论1?

“N叉树”的N值在MySQL中是可以被人工调整的么?曾经面试被问到

1. 首先5.6以后可以通过控制page的大小间接控制;(按照调整key大小的思路来说)

2.计算方法,前缀索引,调整K大小;



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