（译）MySQL 8.0实验室---MySQL中的倒序索引（Descending Indexes）

译者注：
MySQL 8.0之前，不管是否指定索引建的排序方式，都会忽略创建索引时候指定的排序方式（语法上不会报错），最终都会创建为ASC方式的索引，
在执行查询的时候，只存在forwarded（正向）方式对索引进行扫描。
关于正向索引和反向索引，逻辑上很容易理解，这里有两个相关的概念：
正向索引或者反向（倒序）索引，两者都是在构建B树索引时候的相关字段排序方式，是B索引树的逻辑存储方式
正向扫描（forward）和反向扫描（ Backward index scan;）是执行查询的过程中对B树索引的扫描方式，是数据执行计划时候的一种索引扫描方式
关于正向扫描或者反向扫描不是随意的，受sql语句中（正/反向）排序方式以及（正/反向）索引的影响
之前在sqlserver中简单写过一点类似的东西，https://www.cnblogs.com/wy123/p/5552719.html

整体上看，抛开正向索引和倒序索引，在扫描扫描的过程中，正向索引扫描的在性能上，稍微优于反向索引扫描。
不过，即便是反向索引扫描，也是优化器根据具体查询进行优化的结果，并非一个不好的选择。

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原文链接：http://mysqlserverteam.com/mysql-8-0-labs-descending-indexes-in-mysql/

以下为译文：

从8.0优化器实验室发布开始，MySQL开始支持倒序索引。
正如我将在本文中详细介绍的，这个新特性可以用来消除对结果排序的需求，并在许多查询中带来性能改进。

简介

在此版本之前，所有索引都是按升序创建的。当语法本身被解析时，元数据不会被保留。例如在MySQL 5.7中:

mysql 5.7> CREATE TABLE t1 (a INT, b INT, INDEX a_desc_b_asc (a DESC, b ASC));
Query OK, 0 rows affected (0.47 sec)

mysql 5.7> SHOW CREATE TABLE t1\G
*************************** 1. row ***************************
       Table: t1
Create Table: CREATE TABLE `t1` (
  `a` int(11) DEFAULT NULL,
  `b` int(11) DEFAULT NULL,
  KEY `a_desc_b_asc` (`a`,`b`) <-- 创建索引时候的元数据没有被保留
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1
1 row in set (0.00 sec)

应该注意的是，MySQL 5.7 optimizer能够反向扫描一个升序索引(按照降序排列)，其成本较高

（译者注：以上是原文中写道的，MySQL 5.7中不知道怎么去判断在对索引扫描的时候，究竟是正向扫描还是反向扫描）。
如下可以进一步测试，我们可以看到正向索引扫描比反向索引扫描好~15%。
不能支持倒叙索引的主要限制是，优化器必须对混合顺序(如DESC、b ASC的顺序)使用文件排序。

MySQL 8.0中的改进

引入反向索引后，InnoDB现在可以按照降序顺序存储数据行，优化器将在查询中请求降序时利用它。
重复上面的例子，我们可以看到在创建表时索引顺序信息被正确地保留了:

mysql 8.0> CREATE TABLE t1 (a INT, b INT, INDEX a_desc_b_asc (a DESC, b ASC));
Query OK, 0 rows affected (0.47 sec)

mysql 8.0> show create table t1;
+-------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Table | Create Table |
+-------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| t1 | CREATE TABLE `t1` (
`a` int(11) DEFAULT NULL,
`b` int(11) DEFAULT NULL,
KEY `a_desc_b_asc` (`a` DESC,`b`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1 |
+-------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

为了区分向后和向前索引扫描，还改进了EXPLAIN的输出。
对于MySQL-5.7，除了查询2和查询6之外，我们对所有查询都使用反向索引扫描或文件排序，因为这两个查询只需要升序。

Query 1: SELECT * FROM t1 ORDER BY a DESC;

mysql 8.0> explain SELECT * FROM t1 ORDER BY a DESC;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-------------+
| 1  | SIMPLE 　　　| t1 　  | NULL 　　　| index  | NULL | a_desc_b_asc | 10 | NULL | 10 | 100.00 | Using index |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

Query 2: SELECT * FROM t1 ORDER BY a ASC;

mysql 8.0> explain SELECT * FROM t1 ORDER BY a ASC;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
| 1 | SIMPLE | t1 | NULL | index | NULL | a_desc_b_asc | 10 | NULL | 10 | 100.00 | Backward index scan; Using index |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

Query 3: SELECT * FROM t1 ORDER BY a DESC, b ASC;

mysql 8.0> EXPLAIN SELECT * FROM t1 ORDER BY a DESC, b ASC;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-------------+
| 1 | SIMPLE | t1 | NULL | index | NULL | a_desc_b_asc | 10 | NULL | 10 | 100.00 | Using index |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

Query 4: SELECT * FROM t1 ORDER BY a ASC, b DESC;

mysql 8.0> EXPLAIN SELECT * FROM t1 ORDER BY a ASC, b DESC;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
| 1 | SIMPLE | t1 | NULL | index | NULL | a_desc_b_asc | 10 | NULL | 10 | 100.00 | Backward index scan; Using index |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

Query 5: SELECT * FROM t1 ORDER BY a DESC, b DESC;

mysql 8.0> EXPLAIN SELECT * FROM t1 ORDER BY a DESC, b DESC;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-----------------------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-----------------------------+
| 1 | SIMPLE | t1 | NULL | index | NULL | a_desc_b_asc | 10 | NULL | 10 | 100.00 | Using index; Using filesort |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-----------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.01 sec)

Query 5: SELECT * FROM t1 ORDER BY a ASC, b ASC;

mysql 8.0> EXPLAIN SELECT * FROM t1 ORDER BY a ASC, b ASC;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-----------------------------+
| id | select_type | table | partitions | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | filtered | Extra |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-----------------------------+
| 1 | SIMPLE | t1 | NULL | index | NULL | a_desc_b_asc | 10 | NULL | 10 | 100.00 | Using index; Using filesort |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+--------------+---------+------+------+----------+-----------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

当表中有一个索引a_desc_b_asc (a DESC, b ASC)时，以下是上述6个查询的性能指标。

数据大小为1000万行。在MySQL-5.7中，它是a_asc_b_asc(a ASC, b ASC)，因为不支持倒叙索引。

性能指标的解释:

1， 对于查询1，也即ORDER BY a DESC;：
我们看到查询1中性能的提升，因为请求的语句排序是“a”列的DESC
译者注：因为MySQL8.0中可以建立倒叙索引，查询1按照a字段desc排序，直接走正向（forwarded）索引扫描即可完成查询，
避免了在MySQL5.7中查询出来数据之后再进行排序操作的步骤

2，对于查询2：
由于查询2的排序为正序（译者注：与索引的顺序相反，因此需要反向扫描），由于反向索引扫描，
在MySQL-8.0中（相对于查询1）执行向反向索引扫描需要更多的时间
(注意，从图中可以看出，MySQL-8.0总体上表现更好。MySQL 5.7中正向索引扫描，与MySQL 8.0中反向索引扫描花费的时间（几乎）相同）

3，对于查询3 也即ORDER BY a DESC, b ASC;：
查询3的排序方式与查询1类似，然而在MySQL-5.7中，对于任何请求混合顺序的查询，会对查询结果重新排序，因此性能差别是巨大的。

4，对于查询4 也即 ORDER BY a ASC, b DESC;
可以看到，在MySQL 8.0中，查询4执行的是反向索引扫描，因此比查询3花费了更多的时间，
尽管如此，在查询5和查询6中，排序的方式是(a DESC, b DESC)/(a ASC, b ASC),不管是正向扫描还是反向扫描，都无法满足排序需求，因此会用到filesort
但是，在这种情况下，由于在MySQL-5.7中ASC/DESC索引标志被忽略（译者注：MySQL 5.7中没有正向和反向索引的概念），因此MySQL-5.7可以使用（正向/反向）索引扫描来给出请求的顺序。

5，如果用户想要避免查询5和查询6的filesorts，可以修改表以添加一个键(a ASC, b ASC)。
此外，如果用户也想避免反向索引扫描，可以同时添加(a ASC, b DESC)和(a DESC, b DESC)。

下面是添加了第5点下的额外索引后的MySQL-5.7.14和MySQL-8.0-labs的最后对比:

注意，在MySQL-5.7中，我们不能添加额外的索引来提高上述查询的性能。
而且，有了这个特性，在某些情况下可以避免物化，比如在连接中的第一个表上请求混合顺序。
在一些用例中，反向索引提高了性能。区间扫描访问方法也使用反向索引。
虽然并不是所有的范围扫描访问方法都使用反向索引，但我们将在未来尝试消除这些限制。

改进

随着倒序索引（反向索引）的引入，我们已经删除了对隐式排序的支持，结果是作为GROUP BY的一部分提到的列的升序。
除了上述改进外，我们还看到在一些情况下性能得到了改善，这些情况下的顺序是隐含的，但可能不是必需的。

总结

我们很高兴能够解决MySQL社区长期存在的功能请求之一。请了解倒叙索引的特性，让我们知道你的想法!