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[数据库]简单谈谈数据库索引


  最近笔试面试特别多的都问到了数据库索引,由于之前并没有单独做系统的复习,导致许多关于索引的知识点记忆的很模糊,今天整理下相关笔记(并没有深挖,对于初学者还是可以看看的),仅供参考。

什么是索引

  数据库索引好比是一本书前面的目录,能加快数据库的查询速度。

例如这样一个查询:select * from table1 where id=44。如果没有索引,必须遍历整个表,直到ID等于44的这一行被找到为止;有了索引之后(必须是在ID这一列上建立的索引),直接在索引里面找 44(也就是在ID这一列找),就可以得知这一行的位置,也就是找到了这一行。可见,索引是用来定位的。

索引分为聚簇索引和非聚簇索引两种,聚簇索引 是按照数据存放的物理位置为顺序的,而非聚簇索引就不一样了;聚簇索引能提高多行检索的速度,而非聚簇索引对于单行的检索很快。

  建立索引的目的是加快对表中记录的查找或排序。

  为表设置索引要付出代价的:一是增加了数据库的存储空间,二是在插入和修改数据时要花费较多的时间(因为索引也要随之变动)。

为什么要创建索引

创建索引可以大大提高系统的性能。

第一,通过创建唯一性索引,可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。

第二,可以大大加快数据的检索速度,这也是创建索引的最主要的原因。

第三,可以加速表和表之间的连接,特别是在实现数据的参考完整性方面特别有意义。

第四,在使用分组和排序子句进行数据检索时,同样可以显著减少查询中分组和排序的时间。

第五,通过使用索引,可以在查询的过程中,使用优化隐藏器,提高系统的性能。

也许会有人要问:增加索引有如此多的优点,为什么不对表中的每一个列创建一个索引呢?因为,增加索引也有许多不利的方面。

第一,创建索引和维护索引要耗费时间,这种时间随着数据量的增加而增加。

第二,索引需要占物理空间,除了数据表占数据空间之外,每一个索引还要占一定的物理空间,如果要建立聚簇索引,那么需要的空间就会更大。

第三,当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候,索引也要动态的维护,这样就降低了数据的维护速度。

在哪建索引

  索引是建立在数据库表中的某些列的上面。在创建索引的时候,应该考虑在哪些列上可以创建索引,在哪些列上不能创建索引。一般来说,应该在这些列上创建索引:

1.在经常需要搜索的列上,可以加快搜索的速度;

2.在作为主键的列上,强制该列的唯一性和组织表中数据的排列结构;

3.在经常用在连接的列上,这些列主要是一些外键,可以加快连接的速度;在经常需要根据范围进行搜索的列上创建索引,因为索引已经排序,其指定的范围是连续的;

4.在经常需要排序的列上创建索引,因为索引已经排序,这样查询可以利用索引的排序,加快排序查询时间;

5.在经常使用在WHERE子句中的列上面创建索引,加快条件的判断速度。

同样,对于有些列不应该创建索引。一般来说,不应该创建索引的的这些列具有下列特点:

第一,对于那些在查询中很少使用或者参考的列不应该创建索引。这是因为,既然这些列很少使用到,因此有索引或者无索引,并不能提高查询速度。相反,由于增加了索引,反而降低了系统的维护速度和增大了空间需求。

第二,对于那些只有很少数据值的列也不应该增加索引。这是因为,由于这些列的取值很少,例如人事表的性别列,在查询的结果中,结果集的数据行占了表中数据行的很大比例,即需要在表中搜索的数据行的比例很大。增加索引,并不能明显加快检索速度。

第三,对于那些定义为text, image和bit数据类型的列不应该增加索引。这是因为,这些列的数据量要么相当大,要么取值很少,不利于使用索引。

第四,当修改性能远远大于检索性能时,不应该创建索引。这是因为,修改性能和检索性能是互相矛盾的。当增加索引时,会提高检索性能,但是会降低修改性能。当减少索引时,会提高修改性能,降低检索性能。因此,当修改操作远远多于检索操作时,不应该创建索引。

索引的数据结构

  B-tree,B是balance,一般用于数据库的索引。使用B-tree结构可以显著减少定位记录时所经历的中间过程,从而加快存取速度。而B+tree是B-tree的一个变种,大名鼎鼎的MySQL就普遍使用B+tree实现其索引结构。

  插入(insert)操作:插入一个元素时,首先在B-tree中是否存在,如果不存在,即在叶子结点处结束,然后在叶子结点中插入该新的元素,注意:如果叶子结点空间足够,这里需要向右移动该叶子结点中大于新插入关键字的元素,如果空间满了以致没有足够的空间去添加新的元素,则将该结点进行“分裂”,将一半数量的关键字元素分裂到新的其相邻右结点中,中间关键字元素上移到父结点中(当然,如果父结点空间满了,也同样需要“分裂”操作),而且当结点中关键元素向右移动了,相关的指针也需要向右移。如果在根结点插入新元素,空间满了,则进行分裂操作,这样原来的根结点中的中间关键字元素向上移动到新的根结点中,因此导致树的高度增加一层。

  删除(delete)操作:首先查找B-tree中需删除的元素,如果该元素在B-tree中存在,则将该元素在其结点中进行删除,如果删除该元素后,首先判断该元素是否有左右孩子结点,如果有,则上移孩子结点中的某相近元素到父节点中,然后是移动之后的情况;如果没有,直接删除后,移动之后的情况.。删除元素,移动相应元素之后,如果某结点中元素数目小于ceil(m/2)-1,则需要看其某相邻兄弟结点是否丰满(结点中元素个数大于ceil(m/2)-1),如果丰满,则向父节点借一个元素来满足条件;如果其相邻兄弟都刚脱贫,即借了之后其结点数目小于ceil(m/2)-1,则该结点与其相邻的某一兄弟结点进行“合并”成一个结点,以此来满足条件。

下面结合例子详细讲解mysql中索引的使用

索引是快速搜索的关键。MySQL索引的建立对于MySQL的高效运行是很重要的。下面介绍几种常见的MySQL索引类型。

在数据库表中,对字段建立索引可以大大提高查询速度。假如我们创建了一个 mytable表:

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL 
); 我们随机向里面插入了10000条记录,其中有一条:5555, admin。

在查找username="admin"的记录 SELECT * FROM mytable WHERE 
username='admin';时,如果在username上已经建立了索引,MySQL无须任何扫描,即准确可找到该记录。相反,MySQL会扫描所有记录,即要查询10000条记录。

索引分单列索引和组合索引。单列索引,即一个索引只包含单个列,一个表可以有多个单列索引,但这不是组合索引。组合索引,即一个索包含多个列。

MySQL索引类型包括:

(1)普通索引

这是最基本的索引,它没有任何限制。它有以下几种创建方式:

◆创建索引

CREATE INDEX indexName ON mytable(username(length)); 
如果是CHAR,VARCHAR类型,length可以小于字段实际长度;如果是BLOB和TEXT类型,必须指定 length,下同。

◆修改表结构

ALTER mytable ADD INDEX [indexName] ON (username(length))

◆创建表的时候直接指定

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, 
INDEX [indexName] (username(length)) ); 删除索引的语法:

DROP INDEX [indexName] ON mytable;

(2)唯一索引

它与前面的普通索引类似,不同的就是:索引列的值必须唯一,但允许有空值。如果是组合索引,则列值的组合必须唯一。它有以下几种创建方式:

◆创建索引

CREATE UNIQUE INDEX indexName ON mytable(username(length))

◆修改表结构

ALTER mytable ADD UNIQUE [indexName] ON (username(length))

◆创建表的时候直接指定

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, 
UNIQUE [indexName] (username(length)) ); 

(3)主键索引

它是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:

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, 
PRIMARY KEY(ID) ); 当然也可以用 ALTER 命令。记住:一个表只能有一个主键。

(4)组合索引

为了形象地对比单列索引和组合索引,为表添加多个字段:

CREATE TABLE mytable( ID INT NOT NULL, username VARCHAR(16) NOT NULL, 
city VARCHAR(50) NOT NULL, age INT NOT NULL ); 
为了进一步榨取MySQL的效率,就要考虑建立组合索引。就是将 name, city, age建到一个索引里:

ALTER TABLE mytable ADD INDEX name_city_age (name(10),city,age); 
建表时,usernname长度为 16,这里用 
10。这是因为一般情况下名字的长度不会超过10,这样会加速索引查询速度,还会减少索引文件的大小,提高INSERT的更新速度。

如果分别在 
usernname,city,age上建立单列索引,让该表有3个单列索引,查询时和上述的组合索引效率也会大不一样,远远低于我们的组合索引。虽然此时有了三个索引,但MySQL只能用到其中的那个它认为似乎是最有效率的单列索引。

建立这样的组合索引,其实是相当于分别建立了下面三组组合索引:

usernname,city,age usernname,city usernname 为什么没有 
city,age这样的组合索引呢?这是因为MySQL组合索引“最左前缀”的结果。简单的理解就是只从最左面的开始组合。并不是只要包含这三列的查询都会用到该组合索引,下面的几个SQL就会用到这个组合索引:

SELECT * FROM mytable WHREE username="admin" AND city="郑州" SELECT * FROM 
mytable WHREE username="admin" 而下面几个则不会用到:

SELECT * FROM mytable WHREE age=20 AND city="郑州" SELECT * FROM mytable WHREE 
city="郑州"

(5)建立索引的时机

到这里我们已经学会了建立索引,那么我们需要在什么情况下建立索引呢?一般来说,在WHERE和JOIN中出现的列需要建立索引,但也不完全如此,因为MySQL只对<,<=,=,>,>=,BETWEEN,IN,以及某些时候的LIKE才会使用索引。例如:

SELECT t.Name FROM mytable t LEFT JOIN mytable m ON t.Name=m.username 
WHERE m.age=20 AND m.city='郑州' 
此时就需要对city和age建立索引,由于mytable表的userame也出现在了JOIN子句中,也有对它建立索引的必要。

刚才提到只有某些时候的LIKE才需建立索引。因为在以通配符%和_开头作查询时,MySQL不会使用索引。例如下句会使用索引:

SELECT * FROM mytable WHERE username like'admin%' 而下句就不会使用:

SELECT * FROM mytable WHEREt Name like'%admin' 因此,在使用LIKE时应注意以上的区别。

(6)索引的不足之处

上面都在说使用索引的好处,但过多的使用索引将会造成滥用。因此索引也会有它的缺点:

◆虽然索引大大提高了查询速度,同时却会降低更新表的速度,如对表进行INSERT、UPDATE和DELETE。因为更新表时,MySQL不仅要保存数据,还要保存一下索引文件。

◆建立索引会占用磁盘空间的索引文件。一般情况这个问题不太严重,但如果你在一个大表上创建了多种组合索引,索引文件的会膨胀很快。

索引只是提高效率的一个因素,如果你的MySQL有大数据量的表,就需要花时间研究建立最优秀的索引,或优化查询语句。

(7)使用索引的注意事项

使用索引时,有以下一些技巧和注意事项:

◆索引不会包含有NULL值的列

只要列中包含有NULL值都将不会被包含在索引中,复合索引中只要有一列含有NULL值,那么这一列对于此复合索引就是无效的。所以我们在数据库设计时不要让字段的默认值为NULL。

◆使用短索引

对串列进行索引,如果可能应该指定一个前缀长度。例如,如果有一个CHAR(255)的列,如果在前10个或20个字符内,多数值是惟一的,那么就不要对整个列进行索引。短索引不仅可以提高查询速度而且可以节省磁盘空间和I/O操作。

◆索引列排序

MySQL查询只使用一个索引,因此如果where子句中已经使用了索引的话,那么order 
by中的列是不会使用索引的。因此数据库默认排序可以符合要求的情况下不要使用排序操作;尽量不要包含多个列的排序,如果需要最好给这些列创建复合索引。

◆like语句操作

一般情况下不鼓励使用like操作,如果非使用不可,如何使用也是一个问题。like “%aaa%” 不会使用索引而like 
“aaa%”可以使用索引。

◆不要在列上进行运算

select * from users where YEAR(adddate)<2007; 
将在每个行上进行运算,这将导致索引失效而进行全表扫描,因此我们可以改成

select * from users where adddate<‘2007-01-01’; 

◆不使用NOT IN和<>操作

以上,就对其中MySQL索引类型进行了介绍。