索引

索引是数据的目录，所谓的存储引擎，说白了就是如何存储数据、如何为存储的数据建立索引和如何更新、查询数据等技术的实现方法。

索引的分类

按照四个角度来分类索引。

按「数据结构」分类：B+tree 索引、Hash 索引、Full-text 索引。

按「物理存储」分类：聚簇索引（主键索引）、二级索引（辅助索引）。

按「字段特性」分类：主键索引、唯一索引、普通索引、前缀索引。

按「字段个数」分类：单列索引、联合索引。

按数据结构分类

从数据结构的角度来看，MySQL 常见索引有 B+Tree 索引、HASH 索引、Full-Text 索引。

B+Tree 索引

B+Tree 索引类型也是 MySQL 存储引擎采用最多的索引类型。
在创建表时，InnoDB 存储引擎会根据不同的场景选择不同的列作为索引：

如果有主键，默认会使用主键作为聚簇索引的索引键（key）；

如果没有主键，就选择第一个不包含 NULL 值的唯一列作为聚簇索引的索引键（key）；

在上面两个都没有的情况下，InnoDB 将自动生成一个隐式自增 id 列作为聚簇索引的索引键（key）

创建的主键索引和二级索引默认使用的是 B+Tree 索引。
B+Tree 是一种多叉树，叶子节点才存放数据，非叶子节点只存放索引，而且每个节点里的数据是按主键顺序存放的，并且每一个叶子节点都有两个指针，分别指向下一个叶子节点和上一个叶子节点，形成一个双向链表。

B+Tree 存储千万级的数据只需要3-4 层高度就可以满足，这意味着从千万级的表查询目标数据最多需要3-4 次磁盘 I/O，所以 B+Tree 相比于 B 树和二叉树来说，最大的优势在于查询效率很高，因为即使在数据量很大的情况，查询一个数据的磁盘 I/O 依然维持在 3-4 次。

为什么 MySQL InnoDB 选择 B+tree 作为索引的数据结构？

1、B+Tree vs B Tree
B+Tree 只在叶子节点存储数据，而 B 树 的非叶子节点也要存储数据，所以 B+Tree 的单个节点的数据量更小，在相同的磁盘 I/O 次数下，就能查询更多的节点。
另外，B+Tree 叶子节点采用的是双链表连接，适合 MySQL 中常见的基于范围的顺序查找，而 B 树无法做到这一点。
2、B+Tree vs Hash
Hash 在做等值查询的时候效率贼快，搜索复杂度为 O (1)。
但是 Hash 表不适合做范围查询，它更适合做等值的查询，这也是 B+Tree 索引要比 Hash 表索引有着更广泛的适用场景的原因。

按物理存储分类

分为聚簇索引（主键索引）、二级索引（辅助索引）
这两个区别：

主键索引的 B+Tree 的叶子节点存放的是实际数据，所有完整的用户记录都存放在主键索引的 B+Tree 的叶子节点里；

二级索引的 B+Tree 的叶子节点存放的是主键值，而不是实际数据

覆盖索引： 所以，在查询时使用了二级索引，如果查询的数据能在二级索引里查询的到，那么就不需要回表，这个过程就是覆盖索引。
回表： 如果查询的数据不在二级索引里，就会先检索二级索引，找到对应的叶子节点，获取到主键值后，然后再检索主键索引，就能查询到数据了，这个过程就是回表。

按字段特性分类

从字段特性的角度来看，索引分为主键索引、唯一索引、普通索引、前缀索引。
1. 主键索引
主键索引就是建立在主键字段上的索引，通常在创建表的时候一起创建，一张表最多只有一个主键索引，索引列的值不允许有空值。
2. 唯一索引
唯一索引建立在 UNIQUE 字段上的索引，一张表可以有多个唯一索引，索引列的值必须唯一，但是允许有空值。
3. 普通索引
普通索引就是建立在普通字段上的索引，既不要求字段为主键，也不要求字段为 UNIQUE。
4. 前缀索引
前缀索引是指对字符类型字段的前几个字符建立的索引，而不是在整个字段上建立的索引，前缀索引可以建立在字段类型为 char、 varchar、binary、varbinary 的列上。
使用前缀索引的目的是为了减少索引占用的存储空间，提升查询效率。

按字段个数分类

从字段个数的角度来看，索引分为单列索引、联合索引（复合索引）。

建立在单列上的索引称为单列索引，比如主键索引；

建立在多列上的索引称为联合索引；

联合索引
通过将多个字段组合成一个索引，该索引就被称为联合索引。
比如，将商品表中的 product_no 和 name 字段组合成联合索引 (product_no, name)，创建联合索引的方式如下：

Copy
CREATE INDEX index_product_no_name ON product(product_no, name);

可以看到，联合索引的非叶子节点用两个字段的值作为 B+Tree 的 key 值。当在联合索引查询数据时，先按 product_no 字段比较，在 product_no 相同的情况下再按 name 字段比较。
也就是说，联合索引查询的 B+Tree 是先按 product_no 进行排序，然后再 product_no 相同的情况再按 name 字段排序。
因此，使用联合索引时，存在最左匹配原则，也就是按照最左优先的方式进行索引的匹配。在使用联合索引进行查询的时候，如果不遵循「最左匹配原则」，联合索引会失效，这样就无法利用到索引快速查询的特性了。

联合索引里的范围查询

联合索引的最左匹配原则会一直向右匹配直到遇到「范围查询」就会停止匹配。也就是范围查询的字段可以用到联合索引，但是在范围查询字段的后面的字段无法用到联合索引。
联合索引的最左匹配原则，在遇到范围查询（如 >、<) 的时候，就会停止匹配，也就是范围查询的字段可以用到联合索引，但是在范围查询字段的后面的字段无法用到联合索引。注意，对于 >=、<=、BETWEEN、like 前缀匹配的范围查询，并不会停止匹配，前面我也用了四个例子说明了。

索引下推

索引下推优化（index condition pushdown)， 可以在联合索引遍历过程中，对联合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。
对于联合索引（a, b），在执行 select * from table where a > 1 and b = 2语句的时候，只有 a 字段能用到索引，那在联合索引的 B+Tree 找到第一个满足条件的主键值（ID 为 2）后，判断 b 是否 = 2，如果不满足条件直接过滤。

索引区分度

越靠前的字段被用于索引过滤的概率越高，实际开发工作中建立联合索引时，要把区分度大的字段排在前面，这样区分度大的字段越有可能被更多的 SQL 使用到。
区分度就是某个字段 column 不同值的个数「除以」表的总行数，计算公式如下：q=distinct(column)/count(∗)q = distinct(column)/count(*)q=distinct(column)/count(∗)
比如，性别的区分度就很小，不适合建立索引或不适合排在联合索引列的靠前的位置，而 UUID 这类字段就比较适合做索引或排在联合索引列的靠前的位置。

联合索引进行排序

针对下面这条 SQL，怎么通过索引来提高查询效率呢？
select * from order where status = 1 order by create_time asc
更好的方式给 status 和 create_time 列建立一个联合索引，因为这样可以避免 MySQL 数据库发生文件排序。
因为在查询时，如果只用到 status 的索引，但是这条语句还要对 create_time 排序，这时就要用文件排序 filesort，也就是在 SQL 执行计划中，Extra 列会出现 Using filesort。
所以，要利用索引的有序性，在 status 和 create_time 列建立联合索引，这样根据 status 筛选后的数据就是按照 create_time 排好序的，避免在文件排序，提高了查询效率。

有什么优化索引的方法？

什么时候需要 / 不需要创建索引？

索引最大的好处是提高查询速度，但是索引也是有缺点的，比如：

需要占用物理空间，数量越大，占用空间越大；

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大；

会降低表的增删改的效率，因为每次增删改索引，B+ 树为了维护索引有序性，都需要进行动态维护。

什么时候适用索引？

字段有唯一性限制的，比如商品编码；

经常用于 WHERE 查询条件的字段，这样能够提高整个表的查询速度，如果查询条件不是一个字段，可以建立联合索引。

经常用于 GROUP BY 和 ORDER BY 的字段，这样在查询的时候就不需要再去做一次排序了，因为我们都已经知道了建立索引之后在 B+Tree 中的记录都是排序好的。

什么时候不需要创建索引？

WHERE 条件，GROUP BY，ORDER BY 里用不到的字段，索引的价值是快速定位，如果起不到定位的字段通常是不需要创建索引的，因为索引是会占用物理空间的。

字段中存在大量重复数据，不需要创建索引，比如性别字段，只有男女，如果数据库表中，男女的记录分布均匀，那么无论搜索哪个值都可能得到一半的数据。在这些情况下，还不如不要索引，因为 MySQL 还有一个查询优化器，查询优化器发现某个值出现在表的数据行中的百分比很高的时候，它一般会忽略索引，进行全表扫描。

表数据太少的时候，不需要创建索引；

经常更新的字段不用创建索引，比如不要对电商项目的用户余额建立索引，因为索引字段频繁修改，由于要维护 B+Tree 的有序性，那么就需要频繁的重建索引，这个过程是会影响数据库性能的。

有什么优化索引的方法？

前缀索引优化

前缀索引顾名思义就是使用某个字段中字符串的前几个字符建立索引，那我们为什么需要使用前缀来建立索引呢？
使用前缀索引是为了减小索引字段大小，可以增加一个索引页中存储的索引值，有效提高索引的查询速度。在一些大字符串的字段作为索引时，使用前缀索引可以帮助我们减小索引项的大小。
不过，前缀索引有一定的局限性，例如：

order by 就无法使用前缀索引；

无法把前缀索引用作覆盖索引；

覆盖索引优化

假设我们只需要查询商品的名称、价格，有什么方式可以避免回表呢？
我们可以建立一个联合索引，即「商品 ID、名称、价格」作为一个联合索引。如果索引中存在这些数据，查询将不会再次检索主键索引，从而避免回表。

主键索引最好是自增的

如果我们使用自增主键，那么每次插入的新数据就会按顺序添加到当前索引节点的位置，不需要移动已有的数据，当页面写满，就会自动开辟一个新页面。因为每次插入一条新记录，都是追加操作，不需要重新移动数据，因此这种插入数据的方法效率非常高。
如果我们使用非自增主键，由于每次插入主键的索引值都是随机的，因此每次插入新的数据时，就可能会插入到现有数据页中间的某个位置，这将不得不移动其它数据来满足新数据的插入，甚至需要从一个页面复制数据到另外一个页面，我们通常将这种情况称为页分裂。页分裂还有可能会造成大量的内存碎片，导致索引结构不紧凑，从而影响查询效率。

索引最好设置为 NOT NULL

第一原因：索引列存在 NULL 就会导致优化器在做索引选择的时候更加复杂，更加难以优化，因为可为 NULL 的列会使索引、索引统计和值比较都更复杂，比如进行索引统计时，count 会省略值为 NULL 的行。
第二个原因：NULL 值是一个没意义的值，但是它会占用物理空间，所以会带来的存储空间的问题，因为 InnoDB 存储记录的时候，如果表中存在允许为 NULL 的字段，那么行格式中至少会用 1 字节空间存储 NULL 值列表。

防止索引失效

发生索引失效的情况：

当我们使用左或者左右模糊匹配的时候，也就是 like % xx 或者 like % xx% 这两种方式都会造成索引失效；

当我们在查询条件中对索引列做了计算、函数、类型转换操作，这些情况下都会造成索引失效；

联合索引要能正确使用需要遵循最左匹配原则，也就是按照最左优先的方式进行索引的匹配，否则就会导致索引失效。

在 WHERE 子句中，如果在 OR 前的条件列是索引列，而在 OR 后的条件列不是索引列，那么索引会失效。

哪种 count 性能最好？

COUNT (*) = COUNT (1) < COUNT (字段)（存在二级索引）< COUNT (主键字段)（仅存在主键索引）< COUNT（非主键字段）（不存在二级索引）

count 是什么？

count () 是一个聚合函数，函数的参数不仅可以是字段名，也可以是其他任意表达式，该函数作用是统计符合查询条件的记录中，函数指定的参数不为 NULL 的记录有多少个。

count (主键字段) 执行过程是怎样的？

在通过 count 函数统计有多少个记录时，MySQL 的 server 层会维护一个名叫 count 的变量。
server 层会循环向 InnoDB 读取一条记录，如果 count 函数指定的参数不为 NULL，那么就会将变量 count 加 1，直到符合查询的全部记录被读完，就退出循环。最后将 count 变量的值发送给客户端。
InnoDB 是通过 B+ 树来保存记录的，根据索引的类型又分为聚簇索引和二级索引，它们区别在于，聚簇索引的叶子节点存放的是实际数据，而二级索引的叶子节点存放的是主键值，而不是实际数据。
如果表里只有主键索引，没有二级索引时，那么，InnoDB 循环遍历聚簇索引，将读取到的记录返回给 server 层，然后读取记录中的 id 值，就会 id 值判断是否为 NULL，如果不为 NULL，就将 count 变量加 1。
但是，如果表里有二级索引时，InnoDB 循环遍历的对象就不是聚簇索引，而是二级索引。
这是因为相同数量的二级索引记录可以比聚簇索引记录占用更少的存储空间，所以二级索引树比聚簇索引树小，这样遍历二级索引的 I/O 成本比遍历聚簇索引的 I/O 成本小，因此「优化器」优先选择的是二级索引。

count (1) 和 count (*) 执行过程是怎样的

count (1) 和 count ( * ) 执行过程基本一致，因为 count ( * ) = count (0)。
InnoDB 循环遍历聚簇索引（主键索引），将读取到的记录返回给 server 层，但是不会读取记录中的任何字段的值，因为 count 函数的参数是 1，不是字段，所以不需要读取记录中的字段值。参数 1 很明显并不是 NULL，因此 server 层每从 InnoDB 读取到一条记录，就将 count 变量加 1。
可以看到，count (1) 相比 count (主键字段) 少一个步骤，就是不需要读取记录中的字段值，所以通常会说 count (1) 执行效率会比 count (主键字段) 高一点。

count (字段) 执行过程是怎样的

count (字段) 的执行效率是最差的因为要全表扫描

MYISAM 和 innoDB 的区别

使用 MyISAM 引擎时，执行 count 函数只需要 O (1) 复杂度，这是因为每张 MyISAM 的数据表都有一个 meta 信息有存储了 row_count 值，由表级锁保证一致性，所以直接读取 row_count 值就是 count 函数的执行结果。

如何优化 count (*)？

面对大表的记录统计，count 的执行效率很差，比如表 t_order 共有 1200+ 万条记录，也创建了二级索引，但是执行一次 select count (*) from t_order 要花费差不多 5 秒！
如何提高效率呢？
第一种，近似值
如果你的业务对于统计个数不需要很精确，比如搜索引擎在搜索关键词的时候，给出的搜索结果条数是一个大概值。
这时，我们就可以使用 show table status 或者 explain 命令来表进行估算。
第二种，额外表保存计数值
如果是想精确的获取表的记录总数，我们可以将这个计数值保存到单独的一张计数表中。
当我们在数据表插入一条记录的同时，将计数表中的计数字段 + 1。也就是说，在新增和删除操作时，我们需要额外维护这个计数表。