MySQL-4- 索引及执行计划

1. 索引作用

提供了类似于书中目录的作用,目的是为了优化查询

2. 索引的种类(算法)

B树索引
Hash索引
R树
Full text
GIS 

3. B树 基于不同的查找算法分类介绍

 

B-tree
B+Tree 在范围查询方面提供了更好的性能(> < >= <= like) B*Tree 

4. 在功能上的分类

4.1 辅助索引(S)怎么构建B树结构的?

(1). 索引是基于表中,列(索引键)的值生成的B树结构
(2). 首先提取此列所有的值,进行自动排序
(3). 将排好序的值,均匀的分布到索引树的叶子节点中(16K) (4). 然后生成此索引键值所对应得后端数据页的指针 (5). 生成枝节点和根节点,根据数据量级和索引键长度,生成合适的索引树高度 id name age gender select * from t1 where id=10; 问题: 基于索引键做where查询,对于id列是顺序IO,但是对于其他列的查询,可能是随机IO. 

4.2 聚集索引(C)

4.2.1 前提

(1)表中设置了主键,主键列就会自动被作为聚集索引.
(2)如果没有主键,会选择唯一键作为聚集索引.
(3)聚集索引必须在建表时才有意义,一般是表的无关列(ID)

4.2.2 辅助索引(S)怎么构建B树结构的?

(1) 在建表时,设置了主键列(ID)
(2) 在将来录入数据时,就会按照ID列的顺序存储到磁盘上.(我们又称之为聚集索引组织表)
(3) 将排好序的整行数据,生成叶子节点.可以理解为,磁盘的数据页就是叶子节点

4.2.3 聚集索引和辅助索引构成区别

聚集索引只能有一个,非空唯一,一般时主键
辅助索引,可以有多个,是配合聚集索引使用的
聚集索引叶子节点,就是磁盘的数据行存储的数据页
MySQL是根据聚集索引,组织存储数据,数据存储时就是按照聚集索引的顺序进行存储数据
辅助索引,只会提取索引键值,进行自动排序生成B树结构

 

 

5.辅助索引细分

1.普通的单列辅助索引
2.联合索引
多个列作为索引条件,生成索引树,理论上设计的好的,可以减少大量的回表
查询
3.唯一索引
索引列的值都是唯一的.

6. 关于索引树的高度受什么影响

1. 数据量级, 解决方法:分表,分库,分布式
2. 索引列值过长 , 解决方法:前缀索引
3. 数据类型:
变长长度字符串,使用了char,解决方案:变长字符串使用varchar enum类型的使用enum ('山东','河北','黑龙江','吉林','辽宁','陕西'......) 1 2 3 

7. 索引的基本管理

7.1 索引建立前

db01 [world]>desc city;
+-------------+----------+------+-----+---------+----------------+
| Field      | Type    | Null | Key | Default | Extra          | +-------------+----------+------+-----+---------+----------------+ | ID | int(11) | NO | PRI | NULL | auto_increment | | Name | char(35) | NO | | | | | CountryCode | char(3) | NO | MUL | | | | District | char(20) | NO | | | | | Population | int(11) | NO | | 0 | | +-------------+----------+------+-----+---------+----------------+ 5 rows in set (0.00 sec) Field :列名字 key :有没有索引,索引类型 PRI: 主键索引 UNI: 唯一索引 MUL: 辅助索引(单列,联和,前缀) 

7.1 单列普通辅助索引

7.1.1 创建索引

db01 [world]>alter table city add index idx_name(name);
                          表             索引名（列名）
db01 [world]>create index idx_name1 on city(name); db01 [world]>show index from city;  注意: 以上操作不代表生产操作,我们不建议在一个列上建多个索引同一个表中，索引名不能同名。
 ### 7.1.2 删除索引: db01 [world]>alter table city drop index idx_name1; 表名 索引名 

7.2 覆盖索引(联合索引)

Master [world]>alter table city add index idx_co_po(countrycode,population);

7.3 前缀索引

db01 [world]>alter table city add index idx_di(district(5)); 注意：数字列不能用作前缀索引。 

7.4 唯一索引

db01 [world]>alter table city add unique index idx_uni1(name);
ERROR 1062 (23000): Duplicate entry 'San Jose' for key 'idx_uni1' 

统计city表中，以省的名字为分组，统计组的个数

select district,count(id) from city group by district;
需求: 找到world下,city表中 name列有重复值的行,最后删掉重复的行
db01 [world]>select name,count(id) as cid from city group by name  having cid>1 order by cid desc; db01 [world]>select * from city where name='suzhou'; 

===============================================

8. 执行计划获取及分析

8.0 介绍

(1)获取到的是优化器选择完成的,他认为代价最小的执行计划.
作用: 语句执行前,先看执行计划信息,可以有效的防止性能较差的语句带来的性能问题.
如果业务中出现了慢语句，我们也需要借助此命令进行语句的评估，分析优化方案。
(2) select 获取数据的方法
1. 全表扫描(应当尽量避免,因为性能低)
2. 索引扫描
3. 获取不到数据

8.1 执行计划获取

获取优化器选择后的执行计划

 

 

image

8.2 执行计划分析

8.2.0 重点关注的信息

table: city                              　---->查询操作的表    **
possible_keys: CountryCode,idx_co_po     　---->可能会走的索引  **
key: CountryCode   　　　　　　　　　　　　---->真正走的索引    ***
type: ref  　　　　　　　　　　　　　　　 ---->索引类型        *****
Extra: Using index condition              ---->额外信息        *****

8.2.1 type详解

从左到右性能依次变好.
ALL  :  
全表扫描,不走索引
例子:
1. 查询条件列,没有索引
SELECT * FROM t_100w WHERE k2='780P';  
2. 查询条件出现以下语句(辅助索引列)
USE world DESC city; DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode <> 'CHN'; DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode NOT IN ('CHN','USA'); DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode LIKE '%CH%'; 注意:对于聚集索引列,使用以上语句,依然会走索引 DESC SELECT * FROM city WHERE id <> 10; INDEX : 全索引扫描 1. 查询需要获取整个索引树种的值时: DESC SELECT countrycode FROM city; 2. 联合索引中,任何一个非最左列作为查询条件时: idx_a_b_c(a,b,c) ---> a ab abc SELECT * FROM t1 WHERE b SELECT * FROM t1 WHERE c RANGE : 索引范围扫描 辅助索引> < >= <= LIKE IN OR 主键 <> NOT IN 例子: 1. DESC SELECT * FROM city WHERE id<5; 2. DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode LIKE 'CH%'; 3. DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode IN ('CHN','USA'); 注意: 1和2例子中,可以享受到B+树的优势,但是3例子中是不能享受的. 所以,我们可以将3号列子改写: DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode='CHN' UNION ALL SELECT * FROM city WHERE countrycode='USA'; ref: 非唯一性索引,等值查询 DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode='CHN'; eq_ref: 在多表连接时,连接条件使用了唯一索引(uk pK) DESC SELECT b.name,a.name FROM city AS a JOIN country AS b ON a.countrycode=b.code WHERE a.population <100; DESC country system,const : 唯一索引的等值查询 DESC SELECT * FROM city WHERE id=10; 

8.2.2 其他字段解释

extra: 
filesort ,文件排序.
SHOW INDEX FROM city;
ALTER TABLE city ADD INDEX CountryCode(CountryCode);
ALTER TABLE city DROP INDEX idx_c_p;

DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode='CHN'  ORDER BY population 

ALTER TABLE city ADD INDEX idx_(population);
DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode='CHN'  ORDER BY population 
ALTER TABLE city ADD INDEX idx_c_p(countrycode,population);
ALTER TABLE city DROP INDEX idx_;
ALTER TABLE city DROP INDEX CountryCode;
DESC SELECT * FROM city WHERE countrycode='CHN'  ORDER BY population 

结论: 
1.当我们看到执行计划extra位置出现filesort,说明由文件排序出现
2.观察需要排序(ORDER BY,GROUP BY ,DISTINCT )的条件,有没有索引
3. 根据子句的执行顺序,去创建联合索引

索引优化效果测试:
优化前:
[root@db01 ~]# mysqlslap --defaults-file=/etc/my.cnf \ > --concurrency=100 --iterations=1 --create-schema='oldboy' \ > --query="select * from oldboy.t_100w where k2='780P'" engine=innodb \ > --number-of-queries=2000 -uroot -p123 -verbose mysqlslap: [Warning] Using a password on the command line interface can be insecure. Benchmark Running for engine rbose Average number of seconds to run all queries: 701.743 seconds Minimum number of seconds to run all queries: 701.743 seconds Maximum number of seconds to run all queries: 701.743 seconds Number of clients running queries: 100 Average number of queries per client: 20 优化后: [root@db01 ~]# mysqlslap --defaults-file=/etc/my.cnf --concurrency=100 --iterations=1 --create-schema='oldboy' --query="select * from oldboy.t_100w where k2='780P'" engine=innodb --number-of-queries=2000 -uroot -p123 -verbose mysqlslap: [Warning] Using a password on the command line interface can be insecure. Benchmark Running for engine rbose Average number of seconds to run all queries: 0.190 seconds Minimum number of seconds to run all queries: 0.190 seconds Maximum number of seconds to run all queries: 0.190 seconds Number of clients running queries: 100 Average number of queries per client: 20 联合索引: 1. SELECT * FROM t1 WHERE a= b= 我们建立联合索引时: ALTER TABLE t1 ADD INDEX idx_a_b(a,b); ALTER TABLE t1 ADD INDEX idx_b_a(b,a); 以上的查询不考虑索引的顺序,优化器会自动调整where的条件顺序 注意: 索引,我们在这种情况下建索引时,需要考虑哪个列的唯一值更多,哪个放在索引左边. 2. 如果出现where 条件中出现不等值查询条件 DESC SELECT * FROM t_100w WHERE num <1000 AND k2='DEEF'; 我们建索引时: ALTER TABLE t_100w ADD INDEX idx_2_n(k2,num); 语句书写时 DESC SELECT * FROM t_100w WHERE k2='DEEF' AND num <1000 ; 3. 如果查询中出现多子句 我们要按照子句的执行顺序进行建立索引. 

8.2.3 explain(desc)使用场景（面试题）

题目意思:  我们公司业务慢,请你从数据库的角度分析原因
1.mysql出现性能问题,我总结有两种情况:
（1）应急性的慢：突然夯住
应急情况:数据库hang(卡了,资源耗尽)
处理过程:
1.show processlist; 获取到导致数据库hang的语句 2. explain 分析SQL的执行计划,有没有走索引,索引的类型情况 3. 建索引,改语句 （2）一段时间慢(持续性的): (1)记录慢日志slowlog,分析slowlog (2)explain 分析SQL的执行计划,有没有走索引,索引的类型情况 (3)建索引,改语句 

9. 索引应用规范

业务
1.产品的功能
2.用户的行为
"热"查询语句 --->较慢--->slowlog
"热"数据 

9.1 建立索引的原则（DBA运维规范）

9.1.0 说明

为了使索引的使用效率更高，在创建索引时，必须考虑在哪些字段上创建索引和创建什么类型的索引。那么索引设计原则又是怎样的?

9.1.1 (必须的) 建表时一定要有主键,一般是个无关列

略.回顾一下,聚集索引结构.

9.1.2 选择唯一性索引

唯一性索引的值是唯一的，可以更快速的通过该索引来确定某条记录。
例如，学生表中学号是具有唯一性的字段。为该字段建立唯一性索引可以很快的确定某个学生的信息。
如果使用姓名的话，可能存在同名现象，从而降低查询速度。

优化方案:
(1) 如果非得使用重复值较多的列作为查询条件(例如:男女),可以将表逻辑拆分
(2) 可以将此列和其他的查询类,做联和索引
select count(*) from world.city; select count(distinct countrycode) from world.city; select count(distinct countrycode,population ) from world.city; 

9.1.3(必须的) 为经常需要where 、ORDER BY、GROUP BY,join on等操作的字段，

排序操作会浪费很多时间。
where  A B C      ----》 A  B  C
in 
where A   group by B  order by C
A,B，C

如果为其建立索引，优化查询
注：如果经常作为条件的列，重复值特别多，可以建立联合索引。

9.1.4 尽量使用前缀来索引

如果索引字段的值很长，最好使用值的前缀来索引。

9.1.5 限制索引的数目

索引的数目不是越多越好。
可能会产生的问题:
(1) 每个索引都需要占用磁盘空间，索引越多，需要的磁盘空间就越大。
(2) 修改表时，对索引的重构和更新很麻烦。越多的索引，会使更新表变得很浪费时间。
(3) 优化器的负担会很重,有可能会影响到优化器的选择.
percona-toolkit中有个工具,专门分析索引是否有用

9.1.6 删除不再使用或者很少使用的索引(percona toolkit)

pt-duplicate-key-checker

表中的数据被大量更新，或者数据的使用方式被改变后，原有的一些索引可能不再需要。数据库管理
员应当定期找出这些索引，将它们删除，从而减少索引对更新操作的影响。

9.1.7 大表加索引,要在业务不繁忙期间操作

9.1.8 尽量少在经常更新值的列上建索引

9.1.9 建索引原则

(1) 必须要有主键,如果没有可以做为主键条件的列,创建无关列
(2) 经常做为where条件列  order by  group by  join on, distinct 的条件(业务:产品功能+用户行为)
(3) 最好使用唯一值多的列作为索引,如果索引列重复值较多,可以考虑使用联合索引
(4) 列值长度较长的索引列,我们建议使用前缀索引.
(5) 降低索引条目,一方面不要创建没用索引,不常使用的索引清理,percona toolkit(xxxxx)
(6) 索引维护要避开业务繁忙期

9.2 不走索引的情况（开发规范）

9.2.1 没有查询条件，或者查询条件没有建立索引

select * from tab;       全表扫描。
select  * from tab where 1=1; 在业务数据库中，特别是数据量比较大的表。 是没有全表扫描这种需求。 1、对用户查看是非常痛苦的。 2、对服务器来讲毁灭性的。 （1） select * from tab; SQL改写成以下语句： select * from tab order by price limit 10 ; 需要在price列上建立索引 （2） select * from tab where name='zhangsan' name列没有索引 改： 1、换成有索引的列作为查询条件 2、将name列建立索引 

9.2.2 查询结果集是原表中的大部分数据，应该是25％以上。

查询的结果集，超过了总数行数25%，优化器觉得就没有必要走索引了。

假如：tab表 id，name    id:1-100w ，id列有(辅助)索引 select * from tab where id>500000; 如果业务允许，可以使用limit控制。 怎么改写 ？ 结合业务判断，有没有更好的方式。如果没有更好的改写方案 尽量不要在mysql存放这个数据了。放到redis里面。 

9.2.3 索引本身失效，统计数据不真实

索引有自我维护的能力。
对于表内容变化比较频繁的情况下，有可能会出现索引失效。
一般是删除重建

现象:
有一条select语句平常查询时很快,突然有一天很慢,会是什么原因
select?  --->索引失效,，统计数据不真实
DML ?   --->锁冲突

9.2.4 查询条件使用函数在索引列上，或者对索引列进行运算，运算包括(+，-，*，/，! 等)

例子：
错误的例子：select * from test where id-1=9;
正确的例子：select * from test where id=10; 算术运算 函数运算 子查询 

9.2.5 隐式转换导致索引失效.这一点应当引起重视.也是开发中经常会犯的错误.

这样会导致索引失效. 错误的例子：
mysql> alter table tab add index inx_tel(telnum);
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)
Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0 mysql> mysql> desc tab; +--------+-------------+------+-----+---------+-------+ | Field | Type | Null | Key | Default | Extra | +--------+-------------+------+-----+---------+-------+ | id | int(11) | YES | | NULL | | | name | varchar(20) | YES | | NULL | | | telnum | varchar(20) | YES | MUL | NULL | | +--------+-------------+------+-----+---------+-------+ 3 rows in set (0.01 sec) mysql> select * from tab where telnum='1333333'; +------+------+---------+ | id | name | telnum | +------+------+---------+ | 1 | a | 1333333 | +------+------+---------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> select * from tab where telnum=1333333; +------+------+---------+ | id | name | telnum | +------+------+---------+ | 1 | a | 1333333 | +------+------+---------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> explain select * from tab where telnum='1333333'; +----+-------------+-------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-----------------------+ | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra | +----+-------------+-------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-----------------------+ | 1 | SIMPLE | tab | ref | inx_tel | inx_tel | 63 | const | 1 | Using index condition | +----+-------------+-------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-----------------------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> explain select * from tab where telnum=1333333; +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+ | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra | +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+ | 1 | SIMPLE | tab | ALL | inx_tel | NULL | NULL | NULL | 2 | Using where | +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> explain select * from tab where telnum=1555555; +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+ | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra | +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+ | 1 | SIMPLE | tab | ALL | inx_tel | NULL | NULL | NULL | 2 | Using where | +----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> explain select * from tab where telnum='1555555'; +----+-------------+-------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-----------------------+ | id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra | +----+-------------+-------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-----------------------+ | 1 | SIMPLE | tab | ref | inx_tel | inx_tel | 63 | const | 1 | Using index condition | +----+-------------+-------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-----------------------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> 

9.2.6 <> ，not in 不走索引（辅助索引）

EXPLAIN  SELECT * FROM teltab WHERE telnum  <> '110';
EXPLAIN  SELECT * FROM teltab WHERE telnum  NOT IN ('110','119');

mysql> select * from tab where telnum <> '1555555'; +------+------+---------+ | id | name | telnum | +------+------+---------+ | 1 | a | 1333333 | +------+------+---------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> explain select * from tab where telnum <> '1555555'; 单独的>,<,in 有可能走，也有可能不走，和结果集有关，尽量结合业务添加limit or或in 尽量改成union EXPLAIN SELECT * FROM teltab WHERE telnum IN ('110','119'); 改写成： EXPLAIN SELECT * FROM teltab WHERE telnum='110' UNION ALL SELECT * FROM teltab WHERE telnum='119' 

9.2.7 like "%_" 百分号在最前面不走

EXPLAIN SELECT * FROM teltab WHERE telnum LIKE '31%'  走range索引扫描
EXPLAIN SELECT * FROM teltab WHERE telnum LIKE '%110'  不走索引
%linux%类的搜索需求，可以使用elasticsearch+mongodb 专门做搜索服务的数据库产品