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重新學(xué)習(xí)Mysql數(shù)據(jù)庫5:根據(jù)MySQL索引原理進行分析與優(yōu)化

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重新學(xué)習(xí)Mysql數(shù)據(jù)庫5:根據(jù)MySQL索引原理進行分析與優(yōu)化

一:Mysql原理與慢查詢

MySQL憑借著出色的性能、低廉的成本、豐富的資源,已經(jīng)成為絕大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)公司的首選關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。雖然性能出色,但所謂“好馬配好鞍”,如何能夠更好的使用它,已經(jīng)成為開發(fā)工程師的必修課,我們經(jīng)常會從職位描述上看到諸如“精通MySQL”、“SQL語句優(yōu)化”、“了解數(shù)據(jù)庫原理”等要求。我們知道一般的應(yīng)用系統(tǒng),讀寫比例在10:1左右,而且插入操作和一般的更新操作很少出現(xiàn)性能問題,遇到最多的,也是最容易出問題的,還是一些復(fù)雜的查詢操作,所以查詢語句的優(yōu)化顯然是重中之重。

本人從13年7月份起,一直在美團核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)部做慢查詢的優(yōu)化工作,共計十余個系統(tǒng),累計解決和積累了上百個慢查詢案例。隨著業(yè)務(wù)的復(fù)雜性提升,遇到的問題千奇百怪,五花八門,匪夷所思。本文旨在以開發(fā)工程師的角度來解釋數(shù)據(jù)庫索引的原理和如何優(yōu)化慢查詢。

一個慢查詢引發(fā)的思考

selectcount(*)fromtaskwherestatus=2 and operator_id=20839 and operate_time>1371169729 and operate_time<1371174603 and type=2;

系統(tǒng)使用者反應(yīng)有一個功能越來越慢,于是工程師找到了上面的SQL。
并且興致沖沖的找到了我,“這個SQL需要優(yōu)化,給我把每個字段都加上索引”
我很驚訝,問道“為什么需要每個字段都加上索引?”
“把查詢的字段都加上索引會更快”工程師信心滿滿
“這種情況完全可以建一個聯(lián)合索引,因為是最左前綴匹配,所以operate_time需要放到最后,而且還需要把其他相關(guān)的查詢都拿來,需要做一個綜合評估?!?br/>“聯(lián)合索引?最左前綴匹配?綜合評估?”工程師不禁陷入了沉思。
多數(shù)情況下,我們知道索引能夠提高查詢效率,但應(yīng)該如何建立索引?索引的順序如何?許多人卻只知道大概。其實理解這些概念并不難,而且索引的原理遠沒有想象的那么復(fù)雜。

MySQL索引原理

索引目的
索引的目的在于提高查詢效率,可以類比字典,如果要查“mysql”這個單詞,我們肯定需要定位到m字母,然后從下往下找到y(tǒng)字母,再找到剩下的sql。如果沒有索引,那么你可能需要把所有單詞看一遍才能找到你想要的,如果我想找到m開頭的單詞呢?或者ze開頭的單詞呢?是不是覺得如果沒有索引,這個事情根本無法完成?

索引原理
除了詞典,生活中隨處可見索引的例子,如火車站的車次表、圖書的目錄等。它們的原理都是一樣的,通過不斷的縮小想要獲得數(shù)據(jù)的范圍來篩選出最終想要的結(jié)果,同時把隨機的事件變成順序的事件,也就是我們總是通過同一種查找方式來鎖定數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)庫也是一樣,但顯然要復(fù)雜許多,因為不僅面臨著等值查詢,還有范圍查詢(>、<、between、in)、模糊查詢(like)、并集查詢(or)等等。數(shù)據(jù)庫應(yīng)該選擇怎么樣的方式來應(yīng)對所有的問題呢?我們回想字典的例子,能不能把數(shù)據(jù)分成段,然后分段查詢呢?最簡單的如果1000條數(shù)據(jù),1到100分成第一段,101到200分成第二段,201到300分成第三段......這樣查第250條數(shù)據(jù),只要找第三段就可以了,一下子去除了90%的無效數(shù)據(jù)。但如果是1千萬的記錄呢,分成幾段比較好?稍有算法基礎(chǔ)的同學(xué)會想到搜索樹,其平均復(fù)雜度是lgN,具有不錯的查詢性能。但這里我們忽略了一個關(guān)鍵的問題,復(fù)雜度模型是基于每次相同的操作成本來考慮的,數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)比較復(fù)雜,數(shù)據(jù)保存在磁盤上,而為了提高性能,每次又可以把部分數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存來計算,因為我們知道訪問磁盤的成本大概是訪問內(nèi)存的十萬倍左右,所以簡單的搜索樹難以滿足復(fù)雜的應(yīng)用場景。

磁盤IO與預(yù)讀
前面提到了訪問磁盤,那么這里先簡單介紹一下磁盤IO和預(yù)讀,磁盤讀取數(shù)據(jù)靠的是機械運動,每次讀取數(shù)據(jù)花費的時間可以分為尋道時間、旋轉(zhuǎn)延遲、傳輸時間三個部分,尋道時間指的是磁臂移動到指定磁道所需要的時間,主流磁盤一般在5ms以下;旋轉(zhuǎn)延遲就是我們經(jīng)常聽說的磁盤轉(zhuǎn)速,比如一個磁盤7200轉(zhuǎn),表示每分鐘能轉(zhuǎn)7200次,也就是說1秒鐘能轉(zhuǎn)120次,旋轉(zhuǎn)延遲就是1/120/2 = 4.17ms;傳輸時間指的是從磁盤讀出或?qū)?shù)據(jù)寫入磁盤的時間,一般在零點幾毫秒,相對于前兩個時間可以忽略不計。那么訪問一次磁盤的時間,即一次磁盤IO的時間約等于5+4.17 = 9ms左右,聽起來還挺不錯的,但要知道一臺500 -MIPS的機器每秒可以執(zhí)行5億條指令,因為指令依靠的是電的性質(zhì),換句話說執(zhí)行一次IO的時間可以執(zhí)行40萬條指令,數(shù)據(jù)庫動輒十萬百萬乃至千萬級數(shù)據(jù),每次9毫秒的時間,顯然是個災(zāi)難。下圖是計算機硬件延遲的對比圖,供大家參考:
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考慮到磁盤IO是非常高昂的操作,計算機操作系統(tǒng)做了一些優(yōu)化,當(dāng)一次IO時,不光把當(dāng)前磁盤地址的數(shù)據(jù),而是把相鄰的數(shù)據(jù)也都讀取到內(nèi)存緩沖區(qū)內(nèi),因為局部預(yù)讀性原理告訴我們,當(dāng)計算機訪問一個地址的數(shù)據(jù)的時候,與其相鄰的數(shù)據(jù)也會很快被訪問到。每一次IO讀取的數(shù)據(jù)我們稱之為一頁(page)。具體一頁有多大數(shù)據(jù)跟操作系統(tǒng)有關(guān),一般為4k或8k,也就是我們讀取一頁內(nèi)的數(shù)據(jù)時候,實際上才發(fā)生了一次IO,這個理論對于索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計非常有幫助。

索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
前面講了生活中索引的例子,索引的基本原理,數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜性,又講了操作系統(tǒng)的相關(guān)知識,目的就是讓大家了解,任何一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都不是憑空產(chǎn)生的,一定會有它的背景和使用場景,我們現(xiàn)在總結(jié)一下,我們需要這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠做些什么,其實很簡單,那就是:每次查找數(shù)據(jù)時把磁盤IO次數(shù)控制在一個很小的數(shù)量級,最好是常數(shù)數(shù)量級。那么我們就想到如果一個高度可控的多路搜索樹是否能滿足需求呢?就這樣,b+樹應(yīng)運而生。

詳解b+樹
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如上圖,是一顆b+樹,關(guān)于b+樹的定義可以參見 B+樹,這里只說一些重點,淺藍色的塊我們稱之為一個磁盤塊,可以看到每個磁盤塊包含幾個數(shù)據(jù)項(深藍色所示)和指針(黃色所示),如磁盤塊1包含數(shù)據(jù)項17和35,包含指針P1、P2、P3,P1表示小于17的磁盤塊,P2表示在17和35之間的磁盤塊,P3表示大于35的磁盤塊。真實的數(shù)據(jù)存在于葉子節(jié)點即3、5、9、10、13、15、28、29、36、60、75、79、90、99。非葉子節(jié)點只不存儲真實的數(shù)據(jù),只存儲指引搜索方向的數(shù)據(jù)項,如17、35并不真實存在于數(shù)據(jù)表中。

b+樹的查找過程
如圖所示,如果要查找數(shù)據(jù)項29,那么首先會把磁盤塊1由磁盤加載到內(nèi)存,此時發(fā)生一次IO,在內(nèi)存中用二分查找確定29在17和35之間,鎖定磁盤塊1的P2指針,內(nèi)存時間因為非常短(相比磁盤的IO)可以忽略不計,通過磁盤塊1的P2指針的磁盤地址把磁盤塊3由磁盤加載到內(nèi)存,發(fā)生第二次IO,29在26和30之間,鎖定磁盤塊3的P2指針,通過指針加載磁盤塊8到內(nèi)存,發(fā)生第三次IO,同時內(nèi)存中做二分查找找到29,結(jié)束查詢,總計三次IO。真實的情況是,3層的b+樹可以表示上百萬的數(shù)據(jù),如果上百萬的數(shù)據(jù)查找只需要三次IO,性能提高將是巨大的,如果沒有索引,每個數(shù)據(jù)項都要發(fā)生一次IO,那么總共需要百萬次的IO,顯然成本非常非常高。

b+樹性質(zhì)
1.通過上面的分析,我們知道IO次數(shù)取決于b+數(shù)的高度h,假設(shè)當(dāng)前數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)為N,每個磁盤塊的數(shù)據(jù)項的數(shù)量是m,則有h=㏒(m+1)N,當(dāng)數(shù)據(jù)量N一定的情況下,m越大,h越?。欢鴐 = 磁盤塊的大小 / 數(shù)據(jù)項的大小,磁盤塊的大小也就是一個數(shù)據(jù)頁的大小,是固定的,如果數(shù)據(jù)項占的空間越小,數(shù)據(jù)項的數(shù)量越多,樹的高度越低。這就是為什么每個數(shù)據(jù)項,即索引字段要盡量的小,比如int占4字節(jié),要比bigint8字節(jié)少一半。這也是為什么b+樹要求把真實的數(shù)據(jù)放到葉子節(jié)點而不是內(nèi)層節(jié)點,一旦放到內(nèi)層節(jié)點,磁盤塊的數(shù)據(jù)項會大幅度下降,導(dǎo)致樹增高。當(dāng)數(shù)據(jù)項等于1時將會退化成線性表。

2.當(dāng)b+樹的數(shù)據(jù)項是復(fù)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),比如(name,age,sex)的時候,b+數(shù)是按照從左到右的順序來建立搜索樹的,比如當(dāng)(張三,20,F)這樣的數(shù)據(jù)來檢索的時候,b+樹會優(yōu)先比較name來確定下一步的所搜方向,如果name相同再依次比較age和sex,最后得到檢索的數(shù)據(jù);但當(dāng)(20,F)這樣的沒有name的數(shù)據(jù)來的時候,b+樹就不知道下一步該查哪個節(jié)點,因為建立搜索樹的時候name就是第一個比較因子,必須要先根據(jù)name來搜索才能知道下一步去哪里查詢。比如當(dāng)(張三,F)這樣的數(shù)據(jù)來檢索時,b+樹可以用name來指定搜索方向,但下一個字段age的缺失,所以只能把名字等于張三的數(shù)據(jù)都找到,然后再匹配性別是F的數(shù)據(jù)了, 這個是非常重要的性質(zhì),即索引的最左匹配特性。

二:索引建立

1. 主鍵索引

primary key() 要求關(guān)鍵字不能重復(fù),也不能為null,同時增加主鍵約束 
主鍵索引定義時,不能命名

2. 唯一索引

unique index() 要求關(guān)鍵字不能重復(fù),同時增加唯一約束

3. 普通索引

index() 對關(guān)鍵字沒有要求

4. 全文索引

fulltext key() 關(guān)鍵字的來源不是所有字段的數(shù)據(jù),而是字段中提取的特別關(guān)鍵字

關(guān)鍵字:可以是某個字段或多個字段,多個字段稱為復(fù)合索引

建表:creat table student(stu_id int unsigned not null auto_increment,name varchar(32) not null default '',phone char(11) not null default '',stu_code varchar(32) not null default '',stu_desc text,primary key ('stu_id'),     //主鍵索引unique index 'stu_code' ('stu_code'), //唯一索引index 'name_phone' ('name','phone'),  //普通索引,復(fù)合索引fulltext index 'stu_desc' ('stu_desc'), //全文索引) engine=myisam charset=utf8;更新:alert table studentadd primary key ('stu_id'),     //主鍵索引add unique index 'stu_code' ('stu_code'), //唯一索引add index 'name_phone' ('name','phone'),  //普通索引,復(fù)合索引add fulltext index 'stu_desc' ('stu_desc'); //全文索引刪除:alert table sutdentdrop primary key,drop index 'stu_code',drop index 'name_phone',drop index 'stu_desc';

三:淺析explain用法

有什么用?

在MySQL中,當(dāng)數(shù)據(jù)量增長的特別大的時候就需要用到索引來優(yōu)化SQL語句,而如何才能判斷我們辛辛苦苦寫出的SQL語句是否優(yōu)良?這時候 explain就派上了用場。

怎么使用?

explain + SQL語句即可 如:explain select * from table;

如下

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相信第一次使用explain參數(shù)的朋友一定會疑惑這一大堆參數(shù)究竟有什么用呢?筆者搜集了一些資料,在這兒做一個總結(jié)希望能夠幫助大家理解。


參數(shù)介紹

id

如果是子查詢,id的序號會遞增,id的值越大優(yōu)先級越高,越先被執(zhí)行

select_type

查詢的類型,主要用于區(qū)別普通查詢、聯(lián)合查詢、子查詢等的復(fù)雜查詢 SIMPLE:簡單的select查詢,查詢中不包含子查詢或者UNION PRIMARY:查詢中若包含任何復(fù)雜的子部分,最外層查詢則被標(biāo)記為PRIMARY(最后加載的那一個 ) SUBQUERY:在SELECT或WHERE列表中包含了子查詢 DERIVED:在FROM列表中包含的子查詢被標(biāo)記為DERIVED(衍生)Mysql會遞歸執(zhí)行這些子查詢,把結(jié)果放在臨時表里。 UNION:若第二個SELECT出現(xiàn)在UNION之后,則被標(biāo)記為UNION;若UNION包含在FROM字句的查詢中,外層SELECT將被標(biāo)記為:DERIVED UNION RESULT:從UNION表獲取結(jié)果的SELECT type

	顯示查詢使用了何種類型	從最好到最差依次是System>const>eq_ref>range>index>All(**全表掃描**)	一般來說**至少達到range級別,最好達到ref**System:表只有一行記錄,這是const類型的特例,平時不會出現(xiàn)(忽略不計)const:表示通過索引一次就找到了,const用于比較primary key或者unique索引,因為只匹配一行數(shù)據(jù),所以很快。如將主鍵置于where列表中,MySQL就能將該查詢轉(zhuǎn)換為一個常量。eq_ref:唯一性索引掃描,對于每個索引鍵,表中只有一條記錄與之匹配。常見于主鍵或唯一索引掃描。ref:非唯一索引掃描,返回匹配某個單獨值的行,本質(zhì)上也是一種索引訪問,它返回所有匹配某個單獨值的行,然而它可能會找到多個符合條件的行,所以它應(yīng)該屬于查找和掃描的混合體range:只檢索給定范圍的行,使用一個索引來選擇行。key列顯示使用了哪個索引,一般就是在你的where語句中出現(xiàn)了between、<、>、in等的查詢。這種范圍掃描索引比全表掃描要好,因為它只需要開始于索引的某一點,而結(jié)束于另一點,不用掃描全部索引。index:FULL INDEX SCAN,index與all區(qū)別為index類型只遍歷索引樹。這通常比all快,因為索引文件通常比數(shù)據(jù)文件小。

extra

包含不適合在其他列中顯示但十分重要的額外信息 包含的信息: **(危險!)**Using filesort:說明mysql會對數(shù)據(jù)使用一個外部的索引排序,而不是按照表內(nèi)的索引順序進行讀取,MYSQL中無法利用索引完成的排序操作稱為“文件排序” **(特別危險!)**Using temporary:使用了臨時表保存中間結(jié)果,MYSQL在對查詢結(jié)果排序時使用臨時表。常見于排序order by 和分組查詢 group by Using index:表示相應(yīng)的select操作中使用了覆蓋索引,避免訪問了表的數(shù)據(jù)行,效率不錯。如果同時出現(xiàn)using where,表明索引被用來執(zhí)行索引鍵值的查找;如果沒有同時出現(xiàn)using where,表明索引用來讀取數(shù)據(jù)而非執(zhí)行查找操作。

possible_keys

顯示可能應(yīng)用在這張表中的索引,一個或多個。查詢涉及到的字段上若存在索引,則該索引將被列出, 但不一定被查詢實際使用

key

實際使用的索引,如果為NULL,則沒有使用索引。查詢中若使用了覆蓋索引,則該索引僅出現(xiàn)在key列表中,key參數(shù)可以作為使用了索引的判斷標(biāo)準(zhǔn)

key_len

:表示索引中使用的字節(jié)數(shù),可通過該列計算查詢中索引的長度,在不損失精確性的情況下,長度越短越好,key_len顯示的值為索引字段的最大可能長度,并非實際使用長度,即key_len是根據(jù)表定義計算而得,不是通過表內(nèi)檢索出的。

ref

顯示索引的哪一列被使用了,如果可能的話,是一個常數(shù)。哪些列或常量被用于查找索引上的值。

rows

根據(jù)表統(tǒng)計信息及索引選用情況,大致估算出找到所需記錄所需要讀取的行數(shù)

四:慢查詢優(yōu)化

關(guān)于MySQL索引原理是比較枯燥的東西,大家只需要有一個感性的認識,并不需要理解得非常透徹和深入。我們回頭來看看一開始我們說的慢查詢,了解完索引原理之后,大家是不是有什么想法呢?先總結(jié)一下索引的幾大基本原則

建索引的幾大原則

1.最左前綴匹配原則,非常重要的原則,mysql會一直向右匹配直到遇到范圍查詢(>、<、between、like)就停止匹配,比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)順序的索引,d是用不到索引的,如果建立(a,b,d,c)的索引則都可以用到,a,b,d的順序可以任意調(diào)整。
2.=和in可以亂序,比如a = 1 and b = 2 and c = 3 建立(a,b,c)索引可以任意順序,mysql的查詢優(yōu)化器會幫你優(yōu)化成索引可以識別的形式
3.盡量選擇區(qū)分度高的列作為索引,區(qū)分度的公式是count(distinct col)/count(*),表示字段不重復(fù)的比例,比例越大我們掃描的記錄數(shù)越少,唯一鍵的區(qū)分度是1,而一些狀態(tài)、性別字段可能在大數(shù)據(jù)面前區(qū)分度就是0,那可能有人會問,這個比例有什么經(jīng)驗值嗎?使用場景不同,這個值也很難確定,一般需要join的字段我們都要求是0.1以上,即平均1條掃描10條記錄
4.索引列不能參與計算,保持列“干凈”,比如from_unixtime(create_time) = ’2014-05-29’就不能使用到索引,原因很簡單,b+樹中存的都是數(shù)據(jù)表中的字段值,但進行檢索時,需要把所有元素都應(yīng)用函數(shù)才能比較,顯然成本太大。所以語句應(yīng)該寫成create_time = unix_timestamp(’2014-05-29’);
5.盡量的擴展索引,不要新建索引。比如表中已經(jīng)有a的索引,現(xiàn)在要加(a,b)的索引,那么只需要修改原來的索引即可

回到開始的慢查詢

根據(jù)最左匹配原則,最開始的sql語句的索引應(yīng)該是status、operator_id、type、operate_time的聯(lián)合索引;其中status、operator_id、type的順序可以顛倒,所以我才會說,把這個表的所有相關(guān)查詢都找到,會綜合分析;
比如還有如下查詢

select * from task where status = 0 and type = 12 limit 10;
select count(*) from task where status = 0 ;

那么索引建立成(status,type,operator_id,operate_time)就是非常正確的,因為可以覆蓋到所有情況。這個就是利用了索引的最左匹配的原則

查詢優(yōu)化神器 - explain命令

關(guān)于explain命令相信大家并不陌生,具體用法和字段含義可以參考官網(wǎng) explain-output,這里需要強調(diào)rows是核心指標(biāo),絕大部分rows小的語句執(zhí)行一定很快(有例外,下面會講到)。所以優(yōu)化語句基本上都是在優(yōu)化rows。

慢查詢優(yōu)化基本步驟

0.先運行看看是否真的很慢,注意設(shè)置SQL_NO_CACHE
1.where條件單表查,鎖定最小返回記錄表。這句話的意思是把查詢語句的where都應(yīng)用到表中返回的記錄數(shù)最小的表開始查起,單表每個字段分別查詢,看哪個字段的區(qū)分度最高
2.explain查看執(zhí)行計劃,是否與1預(yù)期一致(從鎖定記錄較少的表開始查詢)
3.order by limit 形式的sql語句讓排序的表優(yōu)先查
4.了解業(yè)務(wù)方使用場景
5.加索引時參照建索引的幾大原則

6.觀察結(jié)果,不符合預(yù)期繼續(xù)從0分析

五:最左前綴原理與相關(guān)優(yōu)化

高效使用索引的首要條件是知道什么樣的查詢會使用到索引,這個問題和B+Tree中的“最左前綴原理”有關(guān),下面通過例子說明最左前綴原理。

這里先說一下聯(lián)合索引的概念。在上文中,我們都是假設(shè)索引只引用了單個的列,實際上,MySQL中的索引可以以一定順序引用多個列,這種索引叫做聯(lián)合索引,一般的,一個聯(lián)合索引是一個有序元組,其中各個元素均為數(shù)據(jù)表的一列,實際上要嚴格定義索引需要用到關(guān)系代數(shù),但是這里我不想討論太多關(guān)系代數(shù)的話題,因為那樣會顯得很枯燥,所以這里就不再做嚴格定義。另外,單列索引可以看成聯(lián)合索引元素數(shù)為1的特例。

以employees.titles表為例,下面先查看其上都有哪些索引:

 
  1. SHOW INDEX FROM employees . titles ;
  2. +--------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+------+------------+
  3. |   Table   |   Non_unique   |   Key_name   |   Seq_in_index   |   Column_name   |   Collation   |   Cardinality   |   Null   |   Index_type   |
  4. +--------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+------+------------+
  5. |  titles  |   0   |  PRIMARY  |   1   |  emp_no  |  A  |  NULL  |   |  BTREE  |
  6. |  titles  |   0   |  PRIMARY  |   2   |  title  |  A  |  NULL  |   |  BTREE  |
  7. |  titles  |   0   |  PRIMARY  |   3   |  from_date  |  A  |   443308   |   |  BTREE  |
  8. |  titles  |   1   |  emp_no  |   1   |  emp_no  |  A  |   443308   |   |  BTREE  |
  9. +--------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+------+------------+

從結(jié)果中可以到titles表的主索引為,還有一個輔助索引。為了避免多個索引使事情變復(fù)雜(MySQL的SQL優(yōu)化器在多索引時行為比較復(fù)雜),這里我們將輔助索引drop掉:

 
  1. ALTER TABLE employees . titles DROP INDEX emp_no ;

這樣就可以專心分析索引PRIMARY的行為了。

情況一:全列匹配。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001'  AND title = 'Senior Engineer'  AND from_date = '1986-06-26' ;
  2. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |   const   |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   59   |   const , const , const   |   1   |   |
  6. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+

很明顯,當(dāng)按照索引中所有列進行精確匹配(這里精確匹配指“=”或“IN”匹配)時,索引可以被用到。這里有一點需要注意,理論上索引對順序是敏感的,但是由于MySQL的查詢優(yōu)化器會自動調(diào)整where子句的條件順序以使用適合的索引,例如我們將where中的條件順序顛倒:

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE from_date = '1986-06-26'  AND emp_no = '10001'  AND title = 'Senior Engineer' ;
  2. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |   const   |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   59   |   const , const , const   |   1   |   |
  6. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+

效果是一樣的。

情況二:最左前綴匹配。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001' ;
  2. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |   ref   |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   4   |   const   |   1   |   |
  6. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+

當(dāng)查詢條件精確匹配索引的左邊連續(xù)一個或幾個列時,如,所以可以被用到,但是只能用到一部分,即條件所組成的最左前綴。上面的查詢從分析結(jié)果看用到了PRIMARY索引,但是key_len為4,說明只用到了索引的第一列前綴。

情況三:查詢條件用到了索引中列的精確匹配,但是中間某個條件未提供。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001'  AND from_date = '1986-06-26' ;
  2. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |   ref   |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   4   |   const   |   1   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+

此時索引使用情況和情況二相同,因為title未提供,所以查詢只用到了索引的第一列,而后面的from_date雖然也在索引中,但是由于title不存在而無法和左前綴連接,因此需要對結(jié)果進行掃描過濾from_date(這里由于emp_no唯一,所以不存在掃描)。如果想讓from_date也使用索引而不是where過濾,可以增加一個輔助索引,此時上面的查詢會使用這個索引。除此之外,還可以使用一種稱之為“隔離列”的優(yōu)化方法,將emp_no與from_date之間的“坑”填上。

首先我們看下title一共有幾種不同的值:

 
  1. SELECT DISTINCT ( title )  FROM employees . titles ;
  2. +--------------------+
  3. |  title  |
  4. +--------------------+
  5. |   Senior   Engineer   |
  6. |   Staff   |
  7. |   Engineer   |
  8. |   Senior   Staff   |
  9. |   Assistant   Engineer   |
  10. |   Technique   Leader   |
  11. |   Manager   |
  12. +--------------------+

只有7種。在這種成為“坑”的列值比較少的情況下,可以考慮用“IN”來填補這個“坑”從而形成最左前綴:

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles
  2. WHERE emp_no = '10001'
  3. AND title IN  ( 'Senior Engineer' ,   'Staff' ,   'Engineer' ,   'Senior Staff' ,   'Assistant Engineer' ,   'Technique Leader' ,   'Manager' )
  4. AND from_date = '1986-06-26' ;
  5. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  6. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  7. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  8. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  range  |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   59   |  NULL  |   7   |   Using   where   |
  9. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+

這次key_len為59,說明索引被用全了,但是從type和rows看出IN實際上執(zhí)行了一個range查詢,這里檢查了7個key??聪聝煞N查詢的性能比較:

 
  1. SHOW PROFILES ;
  2. +----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+
  3. |   Query_ID   |   Duration   |   Query   |
  4. +----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+
  5. |   10   |   0.00058000   |  SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001'  AND from_date = '1986-06-26' |
  6. |   11   |   0.00052500   |  SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001'  AND title IN  ...   |
  7. +----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+

“填坑”后性能提升了一點。如果經(jīng)過emp_no篩選后余下很多數(shù)據(jù),則后者性能優(yōu)勢會更加明顯。當(dāng)然,如果title的值很多,用填坑就不合適了,必須建立輔助索引。

情況四:查詢條件沒有指定索引第一列。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE from_date = '1986-06-26' ;
  2. +----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  ALL  |  NULL  |  NULL  |  NULL  |  NULL  |   443308   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+

由于不是最左前綴,索引這樣的查詢顯然用不到索引。

情況五:匹配某列的前綴字符串。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001'  AND title LIKE  'Senior%' ;
  2. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  range  |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   56   |  NULL  |   1   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+

此時可以用到索引,但是如果通配符不是只出現(xiàn)在末尾,則無法使用索引。(原文表述有誤,如果通配符%不出現(xiàn)在開頭,則可以用到索引,但根據(jù)具體情況不同可能只會用其中一個前綴)

情況六:范圍查詢。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no  <   '10010'   and  title = 'Senior Engineer' ;
  2. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  range  |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   4   |  NULL  |   16   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+

范圍列可以用到索引(必須是最左前綴),但是范圍列后面的列無法用到索引。同時,索引最多用于一個范圍列,因此如果查詢條件中有兩個范圍列則無法全用到索引。

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles
  2. WHERE emp_no  <   '10010'
  3. AND title = 'Senior Engineer'
  4. AND from_date BETWEEN  '1986-01-01'  AND  '1986-12-31' ;
  5. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  6. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  7. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  8. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  range  |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   4   |  NULL  |   16   |   Using   where   |
  9. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+

可以看到索引對第二個范圍索引無能為力。這里特別要說明MySQL一個有意思的地方,那就是僅用explain可能無法區(qū)分范圍索引和多值匹配,因為在type中這兩者都顯示為range。同時,用了“between”并不意味著就是范圍查詢,例如下面的查詢:

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles
  2. WHERE emp_no BETWEEN  '10001'  AND  '10010'
  3. AND title = 'Senior Engineer'
  4. AND from_date BETWEEN  '1986-01-01'  AND  '1986-12-31' ;
  5. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  6. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  7. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
  8. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  range  |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   59   |  NULL  |   16   |   Using   where   |
  9. +----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+

看起來是用了兩個范圍查詢,但作用于emp_no上的“BETWEEN”實際上相當(dāng)于“IN”,也就是說emp_no實際是多值精確匹配。可以看到這個查詢用到了索引全部三個列。因此在MySQL中要謹慎地區(qū)分多值匹配和范圍匹配,否則會對MySQL的行為產(chǎn)生困惑。

情況七:查詢條件中含有函數(shù)或表達式。

很不幸,如果查詢條件中含有函數(shù)或表達式,則MySQL不會為這列使用索引(雖然某些在數(shù)學(xué)意義上可以使用)。例如:

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no = '10001'  AND left ( title ,   6 )= 'Senior' ;
  2. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |   ref   |  PRIMARY  |  PRIMARY  |   4   |   const   |   1   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+

雖然這個查詢和情況五中相同,但是由于使用了函數(shù)left,則無法為title列應(yīng)用索引,而情況五中用LIKE則可以。再如:

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . titles WHERE emp_no  -   1 = '10000' ;
  2. +----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  titles  |  ALL  |  NULL  |  NULL  |  NULL  |  NULL  |   443308   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+

顯然這個查詢等價于查詢emp_no為10001的函數(shù),但是由于查詢條件是一個表達式,MySQL無法為其使用索引??磥鞰ySQL還沒有智能到自動優(yōu)化常量表達式的程度,因此在寫查詢語句時盡量避免表達式出現(xiàn)在查詢中,而是先手工私下代數(shù)運算,轉(zhuǎn)換為無表達式的查詢語句。

索引選擇性與前綴索引

既然索引可以加快查詢速度,那么是不是只要是查詢語句需要,就建上索引?答案是否定的。因為索引雖然加快了查詢速度,但索引也是有代價的:索引文件本身要消耗存儲空間,同時索引會加重插入、刪除和修改記錄時的負擔(dān),另外,MySQL在運行時也要消耗資源維護索引,因此索引并不是越多越好。一般兩種情況下不建議建索引。

第一種情況是表記錄比較少,例如一兩千條甚至只有幾百條記錄的表,沒必要建索引,讓查詢做全表掃描就好了。至于多少條記錄才算多,這個個人有個人的看法,我個人的經(jīng)驗是以2000作為分界線,記錄數(shù)不超過 2000可以考慮不建索引,超過2000條可以酌情考慮索引。

另一種不建議建索引的情況是索引的選擇性較低。所謂索引的選擇性(Selectivity),是指不重復(fù)的索引值(也叫基數(shù),Cardinality)與表記錄數(shù)(#T)的比值:

Index Selectivity = Cardinality / #T

顯然選擇性的取值范圍為(0, 1],選擇性越高的索引價值越大,這是由B+Tree的性質(zhì)決定的。例如,上文用到的employees.titles表,如果title字段經(jīng)常被單獨查詢,是否需要建索引,我們看一下它的選擇性:

 
  1. SELECT count ( DISTINCT ( title ))/ count (*)  AS  Selectivity  FROM employees . titles ;
  2. +-------------+
  3. |   Selectivity   |
  4. +-------------+
  5. |   0.0000   |
  6. +-------------+

title的選擇性不足0.0001(精確值為0.00001579),所以實在沒有什么必要為其單獨建索引。

有一種與索引選擇性有關(guān)的索引優(yōu)化策略叫做前綴索引,就是用列的前綴代替整個列作為索引key,當(dāng)前綴長度合適時,可以做到既使得前綴索引的選擇性接近全列索引,同時因為索引key變短而減少了索引文件的大小和維護開銷。下面以employees.employees表為例介紹前綴索引的選擇和使用。

從圖12可以看到employees表只有一個索引,那么如果我們想按名字搜索一個人,就只能全表掃描了:

 
  1. EXPLAIN SELECT  *  FROM employees . employees WHERE first_name = 'Eric'  AND last_name = 'Anido' ;
  2. +----+-------------+-----------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
  3. |  id  |  select_type  |  table  |  type  |  possible_keys  |  key  |  key_len  |   ref   |  rows  |   Extra   |
  4. +----+-------------+-----------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
  5. |   1   |  SIMPLE  |  employees  |  ALL  |  NULL  |  NULL  |  NULL  |  NULL  |   300024   |   Using   where   |
  6. +----+-------------+-----------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+

如果頻繁按名字搜索員工,這樣顯然效率很低,因此我們可以考慮建索引。有兩種選擇,建,看下兩個索引的選擇性:

 
  1. SELECT count ( DISTINCT ( first_name ))/ count (*)  AS  Selectivity  FROM employees . employees ;
  2. +-------------+
  3. |   Selectivity   |
  4. +-------------+
  5. |   0.0042   |
  6. +-------------+
  7. SELECT count ( DISTINCT ( concat ( first_name ,  last_name )))/ count (*)  AS  Selectivity  FROM employees . employees ;
  8. +-------------+
  9. |   Selectivity   |
  10. +-------------+
  11. |   0.9313   |
  12. +-------------+

顯然選擇性太低,選擇性很好,但是first_name和last_name加起來長度為30,有沒有兼顧長度和選擇性的辦法?可以考慮用first_name和last_name的前幾個字符建立索引,例如,看看其選擇性:

 
  1. SELECT count ( DISTINCT ( concat ( first_name ,  left ( last_name ,   3 ))))/ count (*)  AS  Selectivity  FROM employees . employees ;
  2. +-------------+
  3. |   Selectivity   |
  4. +-------------+
  5. |   0.7879   |
  6. +-------------+

選擇性還不錯,但離0.9313還是有點距離,那么把last_name前綴加到4:

 
  1. SELECT count ( DISTINCT ( concat ( first_name ,  left ( last_name ,   4 ))))/ count (*)  AS  Selectivity  FROM employees . employees ;
  2. +-------------+
  3. |   Selectivity   |
  4. +-------------+
  5. |   0.9007   |
  6. +-------------+

這時選擇性已經(jīng)很理想了,而這個索引的長度只有18,比短了接近一半,我們把這個前綴索引 建上:

 
  1. ALTER TABLE employees . employees
  2. ADD INDEX  `first_name_last_name4`   ( first_name ,  last_name 網(wǎng)站欄目:重新學(xué)習(xí)Mysql數(shù)據(jù)庫5:根據(jù)MySQL索引原理進行分析與優(yōu)化
    鏈接地址:http://weahome.cn/article/jjgocg.html

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