day44——索引、explain、慢查询、数据备份、锁、事务

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索引介绍

为何要有索引？

​ 一般的应用系统，读写比例在10：1左右，而且插入操作和一般的更新操作很少出现性能问题，在生产环境中，我们遇到最多的，也是最容易出问题的，还有一些复杂的查询操作，因此对查询语句的优化显然是重中之重，说起加速查询，就不得不提到索引了

什么是索引？

​ 索引在MySQL中也叫做键或者key（primary key，unique key），是存储引擎用于快速找到记录的一种数据结构。索引对于良好的性能非常关键，尤其是当表中的数据量越来越大时，索引对于性能的影响愈发重要，减少IO次数，加速查询。

​ 其中primary key和unique key，除了有加速查询的效果之外，还有约束的效果，primary key 不为空且唯一，unique key 唯一，而index key只有加速查询的效果，没有约束效果

​ 索引优化应该时对查询性能优化最有效的手段了，索引能够轻易将查询性能提高好几个数量级

​ 索引相当于字典的音序表，如果要查某个字，如果不使用音序表，则需要从几百页中逐页去查。

​ 强调：一旦为表创建了索引，以后的查询最好先查索引，再根据索引定位的结果去找数据

索引的误区

​ 索引是应用程序设计和开发的一个重要方面，若索引太多，应用程序的性能会受到影响，而索引太少，对查询性能又会产生影响。所以索引的个数需谨慎考虑。

​ 索引应该是在一开始的时候就添加而不是等到数据库有大量数据的时候进行添加。

索引的原理

索引的原理

​ 索引的目的在于提高查询效率，与我们查阅图书所用的目录是一个道理：先定位到章，然后定位到该章下的一个小节，然后找到页数。相似的例子还有：查字典，查火车车次，飞机航班等，下面内容看不懂的同学也没关系，能明白这个目录的道理就行了。 那么你想，书的目录占不占页数，这个页是不是也要存到硬盘里面，也占用硬盘空间。你再想，你在没有数据的情况下先建索引或者说目录快，还是已经存在好多的数据了，然后再去建索引，哪个快，肯定是没有数据的时候快，因为如果已经有了很多数据了，你再去根据这些数据建索引，是不是要将数据全部遍历一遍，然后根据数据建立索引。你再想，索引建立好之后再添加数据快，还是没有索引的时候添加数据快，索引是用来干什么的，是用来加速查询的，那对你写入数据会有什么影响，肯定是慢一些了，因为你但凡加入一些新的数据，都需要把索引或者说书的目录重新做一个，所以索引虽然会加快查询，但是会降低写入的效率。

索引的影响

• 在表中有大量数据的前提下，创建索引速度会很慢
• 在索引创建完毕后，对表的查询性能会有大幅度提升，但是写性能会降低

本质

​ 通过不断的缩小想要获取数据的范围来筛选出最终想要的结果，同时把随机的事件变成顺序的事件，也就是说，有了这种索引机制，我们可以总是用同一种查找方式来锁定数据

磁盘的IO和预读

平均每次访问磁盘的时间是9ms

考虑到磁盘IO是非常高昂的操作，计算机操作系统做了一些优化，当一次IO时，不光把当前磁盘地址的数据，而是把相邻的数据也都读取到内存缓冲区内，因为局部预读性原理告诉我们，当计算机访问一个地址的数据的时候，与其相邻的数据也会很快被访问到。每一次IO读取的数据我们称之为一页(page)。具体一页有多大数据跟操作系统有关，一般为4k或8k，也就是我们读取一页内的数据时候，实际上才发生了一次IO，这个理论对于索引的数据结构设计非常有帮助。

索引的数据结构

b+树

​ 每次查找数据时把磁盘IO次数控制在一个很小的数量级，最好是常数数量级。那么我们就想到如果一个高度可控的多路搜索树是否能满足需求呢？就这样，b+树应运而生（B+树是通过二叉查找树，再由平衡二叉树，B树演化而来

b+树的查找过程

​ 如图所示，如果要查找数据项29，那么首先会把磁盘块1由磁盘加载到内存，此时发生一次IO，在内存中用二分查找确定29在17和35之间，锁定磁盘块1的P2指针，内存时间因为非常短（相比磁盘的IO）可以忽略不计，通过磁盘块1的P2指针的磁盘地址把磁盘块3由磁盘加载到内存，发生第二次IO，29在26和30之间，锁定磁盘块3的P2指针，通过指针加载磁盘块8到内存，发生第三次IO，同时内存中做二分查找找到29，结束查询，总计三次IO。真实的情况是，3层的b+树可以表示上百万的数据，如果上百万的数据查找只需要三次IO，性能提高将是巨大的，如果没有索引，每个数据项都要发生一次IO，那么总共需要百万次的IO，显然成本非常非常高。除了叶子节点，其他的树根啊树枝啊保存的就是数据的索引，他们是为你建立这种数据之间的关系而存在的。

b+树的性质

• 索引字段要尽量的小

​ 通过上面的分析，我们知道IO次数取决于b+数的高度h或者说层级，这个高度或者层级就是你每次查询数据的IO次数，假设当前数据表的数据为N，每个磁盘块的数据项的数量是m，则有h=㏒(m+1)N，当数据量N一定的情况下，m越大，h越小；而m = 磁盘块的大小 / 数据项的大小，磁盘块的大小也就是一个数据页的大小，是固定的，如果数据项占的空间越小，数据项的数量越多，树的高度越低。这就是为什么每个数据项，即索引字段要尽量的小，比如int占4字节，要比bigint8字节少一半。这也是为什么b+树要求把真实的数据放到叶子节点而不是内层节点，一旦放到内层节点，磁盘块的数据项会大幅度下降，导致树增高。当数据项等于1时将会退化成线性表。

​ 比如：你每个叶子节点只存两个数据的情况下，你如果想多加两个数据，你怎么办

​ 所以我们需要将树建的越低越好，因为每个磁盘块的大小是一定的，那么意味着我们单个数据库里面的单个数据的大小越大越好还是越小越好，你想啊，你现在叶子节点的磁盘块，两个数据就沾满了，你数据要是更大的话，你这一个磁盘块就只能放一个数据了亲，这样随着你数据量的增大，你的树就越高啊，我们应该想办法让树的层数低下来，效率才高啊，所以我们应该让每个数据的大小尽可能的小，那就意味着，你每个磁盘块存的数据就越多，你树的层级就越少啊，树就越低啊，对不对。并且数据的数量越大，你需要的磁盘块越多，磁盘块越多，你需要的树的层级就越高，所以我们应该尽可能的用更少的磁盘块来装更多的数据项，这样树的高度才能降下来，怎么才能装更多的数据项啊，当然是你的数据项越小，你的磁盘块盛放的数据量就越多了，所以如果一张表中有很多的字段，我们应该用什么字段来建立索引啊，如果你有id字段、name字段、描述信息字段等等的，你应该用哪个来建立索引啊，当然是id字段了，你想想对不对，因为id是个数字，占用空间最少啊。

• 索引的最左匹配特性

简单来说就是你的数据来了以后，从数据块的左边开始匹配，在匹配右边的，知道这句话就行啦~~~~，我们继续学下面的内容。当b+树的数据项是复合的数据结构，比如(name,age,sex)的时候，b+数是按照从左到右的顺序来建立搜索树的，比如当(张三,20,F)这样的数据来检索的时候，b+树会优先比较name来确定下一步的所搜方向，如果name相同再依次比较age和sex，最后得到检索的数据；但当(20,F)这样的没有name的数据来的时候，b+树就不知道下一步该查哪个节点，因为建立搜索树的时候name就是第一个比较因子，必须要先根据name来搜索才能知道下一步去哪里查询。比如当(张三,F)这样的数据来检索时，b+树可以用name来指定搜索方向，但下一个字段age的缺失，所以只能把名字等于张三的数据都找到，然后再匹配性别是F的数据了， 这个是非常重要的性质，即索引的最左匹配特性。

聚集索引与辅助索引

在数据库中，B+树的高度一般都在2~4层，这也就是说查找某一个键值的行记录时最多只需要2到4次IO，这倒不错。因为当前一般的机械硬盘每秒至少可以做100次IO，2~4次的IO意味着查询时间只需要0.02~0.04秒。

数据库中的B+树索引可以分为聚集索引（clustered index）和辅助索引（secondary index）

聚集索引与辅助索引相同的是：不管是聚集索引还是辅助索引，其内部都是B+树的形式，即高度是平衡的，叶子结点存放着所有的数据。

　　聚集索引与辅助索引不同的是：叶子结点存放的是否是一整行的信息

聚集索引

#InnoDB存储引擎表示索引组织表，即表中数据按照主键顺序存放。而聚集索引（clustered index）就是按照每张表的主键构造一棵B+树，同时叶子结点存放的即为整张表的行记录数据，也将聚集索引的叶子结点称为数据页。聚集索引的这个特性决定了索引组织表中数据也是索引的一部分。同B+树数据结构一样，每个数据页都通过一个双向链表来进行链接。
    
#如果未定义主键，MySQL取第一个唯一索引（unique）而且只含非空列（NOT NULL）作为主键，InnoDB使用它作为聚簇索引。
    
#如果没有这样的列，InnoDB就自己产生一个这样的ID值，它有六个字节，而且是隐藏的，使其作为聚簇索引。

#由于实际的数据页只能按照一棵B+树进行排序，因此每张表只能拥有一个聚集索引。在多少情况下，查询优化器倾向于采用聚集索引。因为聚集索引能够在B+树索引的叶子节点上直接找到数据。此外由于定义了数据的逻辑顺序，聚集索引能够特别快地访问针对范围值得查询。

聚集索引的好处

• 它对主键的排序查找和范围查找速度非常快，叶子节点的数据就是用户所要查询的数据。如用户需要查找一张表，查询最后的10位用户信息，由于B+树索引是双向链表，所以用户可以快速找到最后一个数据页，并取出10条记录　　

• 范围查询（range query），即如果要查找主键某一范围内的数据，通过叶子节点的上层中间节点就可以得到页的范围，之后直接读取数据页即可

辅助索引

就是我们在查询的时候，where后面需要写id之外的其他字段名称来进行查询，比如说是where name=xx，没法用到主键索引的效率，怎么办，就需要我们添加辅助索引了，给name添加一个辅助索引。

　　　　表中除了聚集索引外其他索引都是辅助索引（Secondary Index，也称为非聚集索引）（unique key啊、index key啊），与聚集索引的区别是：辅助索引的叶子节点不包含行记录的全部数据。

叶子节点存放的是对应的那条数据的主键字段的值，可以通过主键这个聚集索引去查找自己想要的数据。

我们可以通过辅助索引的叶子找到主键的值，然后通过主键的值找到聚集索引，之后用过聚集索引找到自己想要的数据，这种操作就叫做回表操作。

MySQL索引管理

功能

功能：加速查找想要的数据

MySQL常用索引

普通索引INDEX：加速查找

唯一索引：
    -主键索引PRIMARY KEY：加速查找+约束（不为空、不能重复）
    -唯一索引UNIQUE:加速查找+约束（不能重复）

联合索引：
    -PRIMARY KEY(id,name):联合主键索引
    -UNIQUE(id,name):联合唯一索引
    -INDEX(id,name):联合普通索引

索引的操作

添加主键索引:
创建的时候添加:  添加索引的时候要注意,给字段里面数据大小比较小的字段添加,给字段里面的数据区分度高的字段添加.
聚集索引的添加方式
创建的是添加
Create table t1(
Id int primary key,
)
Create table t1(
Id int,
Primary key(id)
)

表创建完了之后添加
Alter table 表名 add primary key(id)
删除主键索引:
Alter table 表名 drop primary key;


唯一索引:
Create table t1(
Id int unique,
)

Create table t1(
Id int,
Unique key uni_name (id)
)

表创建好之后添加唯一索引:
alter table s1 add unique key u_name(id);
删除:
Alter table s1 drop index u_name;

普通索引:
创建:
Create table t1(
Id int,
Index index_name(id)
)
表创建好之后添加普通索引：
Alter table s1 add index index_name(id);
Create index index_name on s1(id);

删除:
Alter table s1 drop index u_name;
DROP INDEX 索引名 ON 表名字;

索引的应用场合

举个例子来说，比如你在为某商场做一个会员卡的系统。

这个系统有一个会员表
有下列字段：
会员编号 INT
会员姓名 VARCHAR(10)
会员身份证号码 VARCHAR(18)
会员电话 VARCHAR(10)
会员住址 VARCHAR(50)
会员备注信息 TEXT

那么这个 会员编号，作为主键，使用 PRIMARY
会员姓名 如果要建索引的话，那么就是普通的 INDEX
会员身份证号码 如果要建索引的话，那么可以选择 UNIQUE （唯一的，不允许重复）

#除此之外还有全文索引，即FULLTEXT
会员备注信息 ， 如果需要建索引的话，可以选择全文搜索。
用于搜索很长一篇文章的时候，效果最好。
用在比较短的文本，如果就一两行字的，普通的 INDEX 也可以。
但其实对于全文搜索，我们并不会使用MySQL自带的该索引，而是会选择第三方软件如Sphinx，专门来做全文搜索。

#其他的如空间索引SPATIAL，了解即可，几乎不用

索引的两大类型hash与btree

#我们可以在创建上述索引的时候，为其指定索引类型，分两类
hash类型的索引：查询单条快，范围查询慢
btree类型的索引：b+树，层数越多，数据量指数级增长（我们就用它，因为innodb默认支持它）

#不同的存储引擎支持的索引类型也不一样
InnoDB 支持事务，支持行级别锁定，支持 B-tree、Full-text 等索引，不支持 Hash 索引；
MyISAM 不支持事务，支持表级别锁定，支持 B-tree、Full-text 等索引，不支持 Hash 索引；
Memory 不支持事务，支持表级别锁定，支持 B-tree、Hash 等索引，不支持 Full-text 索引；
NDB 支持事务，支持行级别锁定，支持 Hash 索引，不支持 B-tree、Full-text 等索引；
Archive 不支持事务，支持表级别锁定，不支持 B-tree、Hash、Full-text 等索引；

创建/删除索引的语法

#方法一：创建表时
    　　CREATE TABLE 表名 (
                字段名1  数据类型 [完整性约束条件…],
                字段名2  数据类型 [完整性约束条件…],
                [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ]   INDEX | KEY
                [索引名]  (字段名[(长度)]  [ASC |DESC]) 
                );


#方法二：CREATE在已存在的表上创建索引
        CREATE  [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ]  INDEX  索引名 
                     ON 表名 (字段名[(长度)]  [ASC |DESC]) ;


#方法三：ALTER TABLE在已存在的表上创建索引
        ALTER TABLE 表名 ADD  [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ] INDEX
                             索引名 (字段名[(长度)]  [ASC |DESC]) ;
                             
#删除索引：DROP INDEX 索引名 ON 表名字;

实例

#方式一
create table t1(
    id int,
    name char,
    age int,
    sex enum('male','female'),
    unique key uni_id(id),
    index ix_name(name) #index没有key
);


#方式二
create index ix_age on t1(age);

#方式三
alter table t1 add index ix_sex(sex);

#查看
mysql> show create table t1;
| t1    | CREATE TABLE `t1` (
  `id` int(11) DEFAULT NULL,
  `name` char(1) DEFAULT NULL,
  `age` int(11) DEFAULT NULL,
  `sex` enum('male','female') DEFAULT NULL,
  UNIQUE KEY `uni_id` (`id`),
  KEY `ix_name` (`name`),
  KEY `ix_age` (`age`),
  KEY `ix_sex` (`sex`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1

测试索引

详情看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10049133.html#top

正确使用索引

范围问题

条件不明确，条件中出现这些符号或关键字：>、>=、<、<=、!=、between ... and ... 、like

范围越大查询速度会越来越慢

like '%al' ：速度会很慢，like 'al%' ：速度会比前面的快很多

选择问题

选择索引最好选择重复数据少的，不要有太多重复数据，因为当查到这个字段时碰见重复数据查询的方式是逐一查询，会严重影响查询速率。

为区分度低的字段建立索引，索引树的高度会很高

乱序问题

• =和in可以乱序，比如a = 1 and b = 2 and c = 3 建立(a,b,c)索引可以任意顺序，mysql的查询优化器会帮你优化成索引可以识别的形式

计算问题

• 索引列不能参与计算，保持列“干净”，比如from_unixtime(create_time) = ’2014-05-29’就不能使用到索引，原因很简单，b+树中存的都是数据表中的字段值，但进行检索时，需要把所有元素都应用函数才能比较，显然成本太大。所以语句应该写成create_time = unix_timestamp(’2014-05-29’)

and和or问题

#1、and与or的逻辑
    条件1 and 条件2:所有条件都成立才算成立，但凡要有一个条件不成立则最终结果不成立
    条件1 or 条件2:只要有一个条件成立则最终结果就成立

#2、and的工作原理
    条件：
        a = 10 and b = 'xxx' and c > 3 and d =4
    索引：
        制作联合索引(d,a,b,c)
    工作原理:  #如果是你找的话，你会怎么找，是不是从左到右一个一个的比较啊，首先你不能确定a这个字段是不是有索引，即便是有索引，也不一定能确保命中索引了（所谓命中索引，就是应用上了索引），mysql不会这么笨的，看下面mysql是怎么找的：
        索引的本质原理就是先不断的把查找范围缩小下来，然后再进行处理，对于连续多个and：mysql会按照联合索引，从左到右的顺序找一个区分度高的索引字段(这样便可以快速锁定很小的范围)，加速查询，即按照d—>a->b->c的顺序

#3、or的工作原理
    条件：
        a = 10 or b = 'xxx' or c > 3 or d =4
    索引：
        制作联合索引(d,a,b,c)
        
    工作原理:
        只要一个匹配成功就行，所以对于连续多个or：mysql会按照条件的顺序，从左到右依次判断，即a->b->c->d

联合索引中的范围查找问题

最左前缀匹配原则（详见第八小节），非常重要的原则，对于组合索引mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配(指的是范围大了，有索引速度也慢)，比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引，d是用不到索引的，如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到，a,b,d的顺序可以任意调整。

　　　

其他问题

- 使用函数
    select * from tb1 where reverse(email) = 'egon';
            
- 类型不一致
    如果列是字符串类型，传入条件是必须用引号引起来，不然...
    select * from tb1 where email = 999;
    
#排序条件为索引，则select字段必须也是索引字段，否则无法命中
- order by
    select name from s1 order by email desc;
    当根据索引排序时候，select查询的字段如果不是索引，则速度仍然很慢
    select email from s1 order by email desc;
    特别的：如果对主键排序，则还是速度很快：
        select * from tb1 order by nid desc;
 
- 组合索引最左前缀
    如果组合索引为：(name,email)
    name and email       -- 命中索引
    name                 -- 命中索引
    email                -- 未命中索引


- count(1)或count(列)代替count(*)在mysql中没有差别了

- create index xxxx  on tb(title(19)) #text类型，必须制定长度

其他注意事项

• 避免使用select *
• count(1)或count(列) 代替 count(*)
• 创建表时尽量用 char 代替 varchar
• 表的字段顺序固定长度的字段优先
• 组合索引代替多个单列索引（经常使用多个条件查询时）
• 尽量使用短索引
• 使用连接（JOIN）来代替子查询(Sub-Queries)
• 连表时注意条件类型需一致
• 重复多的不适合建索引，例：性别不适合

联合索引与覆盖索引

联合索引

详情请看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10049133.html#top

联合索引：
    -PRIMARY KEY(id,name):联合主键索引
    -UNIQUE(id,name):联合唯一索引
    -INDEX(id,name):联合普通索引

注意建立联合索引的一个原则：索引是有个最左匹配的原则的，所以建联合索引的时候，将区分度高的放在最左边，依次排下来，范围查询的条件尽可能的往后边放。

注意的地方（个人理解）

• 如果第一个联合字段没有用到，后面的字段无法进行索引查找
• 如果第二个联合字段或者之后的字段是范围查找，后面的字段无法进行索引查找

覆盖索引

InnoDB存储引擎支持覆盖索引（covering index，或称索引覆盖），即从辅助索引中就可以得到查询记录，而不需要查询聚集索引中的记录。

使用覆盖索引的一个好处是：辅助索引不包含整行记录的所有信息，故其大小要远小于聚集索引，因此可以减少大量的IO操作

注意：覆盖索引技术最早是在InnoDB Plugin中完成并实现，这意味着对于InnoDB版本小于1.0的，或者MySQL数据库版本为5.0以下的，InnoDB存储引擎不支持覆盖索引特性

对于InnoDB存储引擎的辅助索引而言，由于其包含了主键信息，因此其叶子节点存放的数据为（primary key1，priamey key2，...,key1，key2，...）。——回表操作

覆盖索引的另外一个好处是对某些统计问题而言的

innodb存储引擎并不会选择通过查询聚集索引来进行统计。由于buy_log表有辅助索引，而辅助索引远小于聚集索引，选择辅助索引可以减少IO操作，故优化器的选择如上key为userid辅助索引

具体详情请看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10049133.html#top

查询优化神器——explain

关于explain命令相信大家并不陌生，具体用法和字段含义可以参考官网explain-output，这里需要强调rows是核心指标，绝大部分rows小的语句执行一定很快（有例外，下面会讲到）。所以优化语句基本上都是在优化rows。

　　关于explain，如果大家有兴趣，可以看看这篇博客，他总结的挺好的：http://www.cnblogs.com/yycc/p/7338894.html

执行计划：让mysql预估执行操作(一般正确)
    all < index < range < index_merge < ref_or_null < ref < eq_ref < system/const
    id,email
    
    慢：
        select * from userinfo3 where name='alex'
        
        explain select * from userinfo3 where name='alex'
        type: ALL(全表扫描)
            select * from userinfo3 limit 1;
    快：
        select * from userinfo3 where email='alex'
        type: const(走索引)

慢查询优化的基本步骤

0.先运行看看是否真的很慢，注意设置SQL_NO_CACHE
1.where条件单表查，锁定最小返回记录表。这句话的意思是把查询语句的where都应用到表中返回的记录数最小的表开始查起，单表每个字段分别查询，看哪个字段的区分度最高
2.explain查看执行计划，是否与1预期一致（从锁定记录较少的表开始查询）
3.order by limit 形式的sql语句让排序的表优先查
4.了解业务方使用场景
5.加索引时参照建索引的几大原则
6.观察结果，不符合预期继续从0分析

创建用户和授权

详情请看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10050473.html

数据备份

详情看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10263425.html

​ 备份:mysqldump -uroot -p -B -d 库名>路径(g:\av\av.sql)
​ 还原:mysql -uroot -p < 路径(g:\av\av.sql)

锁

详情看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10463743.html

innodb存储引擎默认是行级锁
myISAM 表锁
    共享锁

 select * from xx where xx=xx for update; 排它锁

事务

详情看：https://www.cnblogs.com/clschao/articles/10463743.html

原子性 一致性 隔离性 持久性
    
运行事务：begin; 或者 start transaction;

commit;  提交

rollback; 回滚