MySQL 篇-深入了解存储引擎、索引（InnoDB 索引结构 B+Tree、索引使用规则）

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文章目录

        1.0 存储引擎概述

        1.1 存储引擎 - InnoDB

        1.2 存储引擎 - MyISAM

        1.3 存储引擎 - Memory

        1.4 存储引擎 - 选择

        2.0 索引概述

        2.1 索引结构

        2.1.1 索引结构 - B-Tree

        2.1.2 索引结构 - B+Tree

        2.1.3 索引结构 - Hash

        2.1.4 为什么 InnoDB 存储引擎选择使用 B+Tree 索引结构？

        2.2 索引分类

        2.3 索引语法

        2.4 索引性能分析

        2.4.1 查看执行频次

        2.4.2 慢查询日志

        2.4.3 show profiles

        2.4.4 explain

        2.5 索引使用规则

        2.5.1 最左前缀法则

        2.5.2 索引失效情况

        2.5.3 SQL 提示

        2.5.4 覆盖索引

        2.5.5 前缀索引

        2.5.6 单列、联合索引

        2.6 设计原则

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        1.0 存储引擎概述

        存储引擎就是存储数据、建立索引、更新、查询数据等技术的实现方式。存储引擎是基于表的，而不是基于库的，所以存储引擎也可被称为表类型。

        默认的存储引擎为 InnoDB 。

1）通过 SQL 语句来查询建表时指定的存储引擎：

show create table 表名;

2）通过 SQL 语句查询当前数据库支持的存储引擎：

show engines;

3）通过 SQL 语句在创建表的时候指定存储引擎：

create table tb_text(
    id int primary key comment 'id'
)engine = MyISAM comment 'text';
show create table tb_text;

运行结果：

        1.1 存储引擎 - InnoDB

        InnoDB 是一种兼顾高可靠性和高性能的通用存储引擎，在 MySQL 5.5 之后，InnoDB 是默认的 MySQL 存储引擎。

特点：

        1）DML 操作遵循 ACID 模型，支持事务。

        2）行级锁，提高并发访问性能。

        3）支持外键 FOREIGN KEY 约束，保证数据的完整性和正确性。

文件：

        xxx.ibd：xxx 代表的是表名，innoDB 引擎的每张表都会对应这样一个表空间文件，存储该表结构、数据和索引。

        1.2 存储引擎 - MyISAM

        MyISAM 是 MySQL 早期的默认存储引擎。

特点：

        1）不支持事务，不支持外键。

        2）支持表锁，不支持行锁。

        3）访问速度快。

文件：

        xxx.sdi：存储表结构信息。

        xxx.MYD：存储数据。

        xxx.MYI：存储索引。

        1.3 存储引擎 - Memory

        Memory 引擎的表数据存储在内存中，由于受到硬件问题或者断电问题的影响，只能将这些表作为临时表或缓存使用。

特点：

        1）内存存放。

        2）Hash 索引(默认)

文件：

        xxx.sdi：存储表结构信息。

        1.4 存储引擎 - 选择

根据 InnoDB、MyISAM、Memory 三种引擎的特点来选择：

        在选择存储引擎时，应该根据应用系统的特点选择合适的存储引擎。对于复杂的应用系统，还可以根据实际情况选择多种存储引擎进行组合。

        1）InnoDB：是 MySQL 的默认存储引擎，支持事务、外键。如果应用对事务的完整性有比较高的要求，在并发条件下要求数据的一致性，数据操作除了插入和查询之外，还包含很多的更新、删除操作，那么 InnoDB 存储引擎是比较合适的选择。

        2）MyISAM：如果应用是以读操作和插入操作为主，只有很少的更新和删除操作，并且对事务的完整性、并发性要求不是很高，那么选择这个存储引擎是非常合适的。

        3）MEMORY：将所有数据保存在内存中，访问速度快，通常用于临时表及缓存。MEMORY 的缺陷就是对表的大小有限制，太大的表无法缓存在内存中，而且无法保障数据的安全性。

        2.0 索引概述

        索引是帮助 MySQL 高效获取数据的有序的数据结构。在数据之外，数据系统还维护着满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式引用指向数据，这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法，这种数据结构就是索引。

索引的优缺点：

        优点：

        1）提高数据检索的效率，降低数据库的 IO 成本。

        2）通过索引列对数据进行排序，降低数据排序的成本，降低 CPU 的消耗。

        缺点：

        1）索引列也是要占用空间的。

        2）索引大大提高了查询效率，同时却也降低更新表的速度，如对表进行 INSERT、UPDATE、DELETE 时效率降低。

        2.1 索引结构

MySQL 的索引是在存储引擎层实现的，不同的存储引擎有不同的结构：

        B+Tree 索引：最常见的索引类型，大部分引擎都支持 B+ 树索引，包含 InnoDB、MyISAM、Memory 引擎。

        Hash 索引：底层数据结构是用哈希表实现的，只有精确匹配索引列的查询才有效，不支持范围查询。Hash 索引是 Memory 引擎的一个特殊索引类型。

        R-tree 空间索引：空间索引是 MyISAM 引擎的一个特殊索引类型，主要用于地理空间数据类型，通常使用较少。

        2.1.1 索引结构 - B-Tree

        B-Tree（多路平衡查找树）以一颗最大度数为 5 阶的 B-Tree 为例（每个节点最多存储 4 个 key，5 个指针）：

举个例子：

        2.1.2 索引结构 - B+Tree

        B+Tree 以一颗最大度数为 3 阶的 B+Tree 为例：

        非叶子节点就只存储索引，没有数据，而叶子节点存放索引和对应的数据，所有的叶子节点加起来数据就是存储完整的数据，叶子节点之间使用了单向链表链接起来。

相对于 B-Tree 区别：

        1）所有的数据都会出现在叶子节点。

        2）叶子节点形成一个单向链表。

        MySQL 索引数据结构对经典的 B+Tree 进行了优化。在原 B+Tree 的基础上，增加一个指向相邻叶子节点的链表指针，就形成了带有顺序指针的 B+Tree，提高区间访问的性能。

        2.1.3 索引结构 - Hash

        哈希索引就是采用一定的 Hash 算法，将键值换算成新的 hash 值，映射到对应的槽位上，然后存储在 hash 表中。如果两个键值，映射到一个相同的槽位上，他们就产生了 hash 冲突，也称为 hash 碰撞，可以通过链表来解决。

特点：

        1）Hash 索引只能用于对等比较（=、in），不支持范围查询（between，>，=、