MySQL笔记(9)普通索引和唯一索引

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假设你在维护一个市民系统,每个人都有一个唯一的身份证号,而且业务代码已经保证了不会写入两个重复的身份证号。如果市民系统需要按照身份证号查姓名,就会执行类似这样的 SQL 语句:

select name from CUser where id_card = 'xxxxxxxyyyyyyzzzzz';

所以,你一定会考虑在 id_card 字段上建索引。
由于身份证号字段比较大,我不建议你把身份证号当做主键,那么现在你有两个选择,要么给id_card 字段创建唯一索引,要么创建一个普通索引。如果业务代码已经保证了不会写入重复的身份证号,那么这两个选择逻辑上都是正确的。

现在我要问你的是,从性能的角度考虑,你选择唯一索引还是普通索引呢?选择的依据是什么呢?

简单起见,我们还是用第 4 篇文章《深入浅出索引(上)》中的例子来说明,假设字段 k 上的值都不重复。

在这里插入图片描述
接下来,我们就从这两种索引对查询语句和更新语句的性能影响来进行分析

查询过程

假设,执行查询的语句是 select id from T where k=5。这个查询语句在索引树上查找的过程,先是通过 B+ 树从树根开始,按层搜索到叶子节点,也就是图中右下角的这个数据页,然后可以认为数据页内部通过二分法来定位记录。

  1. 对于普通索引来说,查找到满足条件的第一个记录 (5,500) 后,需要查找下一个记录,直到碰到第一个不满足 k=5 条件的记录。
  2. 对于唯一索引来说,由于索引定义了唯一性,查找到第一个满足条件的记录后,就会停止继续检索。
    那么,这个不同带来的性能差距会有多少呢?答案是,微乎其微。

更新过程

为了说明普通索引和唯一索引对更新语句性能的影响这个问题,我需要先跟你介绍一下 changebuffer。

当需要更新一个数据页时,如果数据页在内存中就直接更新,而如果这个数据页还没有在内存中的话,在不影响数据一致性的前提下,InooDB 会将这些更新操作缓存在 change buffer 中,这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。在下次查询需要访问这个数据页的时候,将数据页读入内存,然后执行 change buffer 中与这个页有关的操作。通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性。(就是说操作暂时不走磁盘,读取的时候直接在buffer中 同步)

将 change buffer 中的操作应用到原数据页,得到最新结果的过程称为 merge。除了访问这个数据页会触发merge 外,系统有后台线程会定期 merge。在数据库正常关闭(shutdown)的过程中,也会执行merge操作。

那么,什么条件下可以使用 change buffer 呢?

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对于唯一索引来说,所有的更新操作都要先判断这个操作是否违反唯一性约束。比如,要插入(4,400) 这个记录,就要先判断现在表中是否已经存在 k=4 的记录,而这必须要将数据页读入内存才能判断。如果都已经读入到内存了,那直接更新内存会更快,就没必要使用 change buffer了。
因此,唯一索引的更新就不能使用 change buffer,实际上也只有普通索引可以使用。

现在,你已经理解了 change buffer 的机制,那么我们再一起来看看如果要在这张表中插入一个新记录 (4,400) 的话,InnoDB 的处理流程是怎样的。

第一种情况是,这个记录要更新的目标页在内存中。这时,InnoDB 的处理流程如下:

  • 对于唯一索引来说,找到 3 和 5 之间的位置,判断到没有冲突,插入这个值,语句执行结束;
  • 对于普通索引来说,找到 3 和 5 之间的位置,插入这个值,语句执行结束。

第二种情况是,这个记录要更新的目标页不在内存中。这时,InnoDB 的处理流程如下:

对于唯一索引来说,需要将数据页读入内存,判断到没有冲突,插入这个值,语句执行结束;
对于普通索引来说,则是将更新记录在 change buffer,语句执行就结束了。

将数据从磁盘读入内存涉及随机 IO 的访问,是数据库里面成本最高的操作之一。changebuffer 因为减少了随机磁盘访问,所以对更新性能的提升是会很明显的。

change buffer 的使用场景

因为merge的时候是真正进行数据更新的时刻,而 change buffer 的主要目的就是将记录的变更动作缓存下来,所以在一个数据页做 purge 之前,change buffer 记录的变更越多(也就是这个页面上要更新的次数越多),收益就越大。
因此,对于写多读少的业务来说,页面在写完以后马上被访问到的概率比较小,此时 changebuffer 的使用效果最好。这种业务模型常见的就是账单类、日志类的系统。
反过来,假设一个业务的更新模式是写入之后马上会做查询,那么即使满足了条件,将更新先记录在 change buffer,但之后由于马上要访问这个数据页,会立即触发merge 过程。这样随机访问 IO 的次数不会减少,反而增加了 change buffer 的维护代价。所以,对于这种业务模式来
说,change buffer 反而起到了副作用。

索引选择和实践

回到我们文章开头的问题,普通索引和唯一索引应该怎么选择。其实,这两类索引在查询能力上是没差别的,主要考虑的是对更新性能的影响。所以,我建议你尽量选择普通索引。
如果所有的更新后面,都马上伴随着对这个记录的查询,那么你应该关闭 change buffer。而在其他情况下,change buffer 都能提升更新性能。

ps:redo log 主要节省的是随机写磁盘的 IO 消耗(转成顺序写),而 change buffer 主要节省的则是随机读磁盘的 IO 消耗。

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