【mysql】- 索引简介篇

简介

• 我们都知道mysql使用存储引擎的是InnoDB，InnoDB使用的索引的对应的数据结构是B+树

结构图：

• 如上图所示,我们实际用户记录是存放在B+树的最底层的节点上，这些节点也被称为叶子节点或者叶节点，其余用了存放目录项的节点称为非叶子节点或者内节点，最上边的节点为根节点。
• InnoDB 是使使用页来作为管理理存储空间的基本单位，也就是最多能保证16KB的连续存储空间，而随着表中记录数量量的增多，需要非常大的连续的存储空间才能把所有的目录项都放下，这对记录数量非常多的表是不现实的
• 目录项两个列是主键和页号，与用户记录差不多，为了和用户记录进行区分，我们把这些用于表示目录项的记录称为目录项记录，区分方法为：
  • 通过记录头信息的record_type属性：
    • 0：普通用户记录
    • 1：目录项记录
    • 2：最小记录
    • 3：最大记录
• 其设计者规定了最下边的那层，也就是存放记录的那层为第0层，之后依次往上加。
• 现在以查找主键为20的记录为例，采用二分法进行数据查询
  • 首先到存储目录项记录的页，也就是页33中通过二分法快速定位到对应的目录项，因为1<20<320，所以定位到对应记录所在的页就是30；
  • 此时12<20<209,所以定位到对应的记录所在的页就是页9;
  • 再到存储用户记录的页9 中根据二分法快速定位到主键值为20的用户记录。

扩展,为什么不用B树，而采用B+树呢？

• 根据B树的特点是每个节点都是存储记录的，那么就会存在一个问题，假如同样的一个深度的树，B树会比B+树的页要大很多，同样一页16k的数据，加载B+树的记录的范围会比B树的范围要大，那么磁盘IO的操作次数显然是B树要更多一些。

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索引的分类

• 聚簇索引
  • 使用用记录主键值的大小进行记录和页的排序，这包括三个方面的含义：
    • 页内的记录是按照主键的大小顺序排成一个单向链表。
    • 各个存放用户记录的页也是根据页中用户记录的主键大小顺序排成一个双向链表。
    • 存放目录项记录的页分为不不同的层次，在同一层次中的页也是根据页中目录项记录的主键大小顺序排成一个双向链表。
  • B+树的叶子节点存储的是完整的用户记录。

大家有木有发现，上边介绍的聚簇索引只能在搜索条件是主键值时才能发挥作用，因为B+树中的数据都是按照主键进行行排序的。那如果我们想以别的列列作为搜索条件该咋办呢？难道只能从头到尾沿着链表依次遍历记录么?此时便有了二级索引。

• 二级索引(辅助索引)

• 如图
  • 我们可以多建几棵B+树，不不同的B+树中的数据采用不不同的排序规则。
  • 这个B+树与上边介绍的聚簇索引有几处不不同：
    • 使用记录c2列的大小进行行记录和页的排序，这包括三个方面的含义：
      • 页内的记录是按照c2列的大小顺序排成一个单向链表。
      • 各个存放用户记录的页也是根据页中记录的c2列大小顺序排成一个双向链表。
      • 存放目录项记录的页分为不不同的层次，在同一层次中的页也是根据页中目录项记录的c2 列大小顺序排成一个双向链表。
    • B+树的叶子节点存储的并不不是完整的用户记录，而只是c2列 + 主键这两个列列的值。
    • 目录项记录中不不再是主键+页号的搭配，而变成了了c2列+页号的搭配。
  • 以查找c2列的值为4的记录为例，查找过程如下：
    • 确定目录项记录页
      • 根据根页面，也就是页44，可以快速定位到目录项记录所在的页为页42（因为 2 <4 < 9 ）。
    • 通过目录项记录页确定用户记录真实所在的页。
      • 在页42中可以快速定位到实际存储用户记录的页，但是由于c2列列并没有唯一性约束，所以c2列列值为4的记录可能分布在多个数据页中，又因为2 < 4 ≤ 4，所以确定实际存储用户记录的页在页34和页35中。
    • 在真实存储用户记录的页中定位到具体的记录。
      • 到页34和页3中定位到具体的记录。
    • 但是这个B+树的叶子节点中的记录只存储了c2和c1（也就是主键）两个列，所以我们必须再根据主键值去聚簇索引中再查找一遍完整的用户记录。

上面的操作其实就是一个回表,整个完成的查找需要用到2棵B+树。那为什么需要回表操作呢?直接把完整的用户记录放到叶子节点 不不就好了了么？

• 原因：
  • 太占用地方，相当于每建立一棵B+树都需要把所有的用户记录再都拷贝一遍，这就有点太浪费存储空间了了

• 联合索引

  • 我们也可以同时以多个列的大小作为排序规则，也就是同时为多个列列建立索引，比方说我们想让B+树按照c2和c3列的大小进行排序，这个包含两层含义：

    • 先把各个记录和页按照c2列进行排序。
    • 在记录的c2 列列相同的情况下，采用c3列进行排序。

    示意图如下：

  • 如图所示，我们需要注意一下几点：

    • 每条目录项记录都由c2、c3、页号这三个部分组成，各条记录先按照c2列列的值进行排序，如果记录的c2列相同，则按照c3列的值进行排序。
    • B+树叶子节点处的用户记录由c2、c3和主键c1列组成。

  • 千万要注意一点，以c2和c3列的大小为排序规则建立的B+树称为联合索引，它的意思与分别为c2和c3列分别建立索引的表述是不不同的，不不同点如下：

    • 建立联合索引只会建立如上图一样的1棵B+树。
    • 为c2和c3列分别建立索引会分别以c2和c3列的大小为排序规则建立2棵B+树。

• 总结：

  • 1.对于InnoDB存储引擎来说，在单个页中查找某条记录分为两种情况：
    • 以主键为搜索条件，可以使用Page Directory通过二分法快速定位相应的用户记录。
    • 以其他列列为搜索条件，需要按照记录组成的单链表依次遍历各条记录。
  • 2.没有索引的情况下，不不论是以主键还是其他列列作为搜索条件，只能沿着页的双链表从左到右依次遍历各个页。
  • 3.InnoDB存储引擎的索引是一棵B+树，完整的用户记录都存储在B+树第0层的叶子节点，其他层次的节点都属于内节点 ，内节点里存储的是目录项记录 。 InnoDB 的索引分为两大种：
    • 聚簇索引
      • 以主键值的大小为页和记录的排序规则，在叶子节点处存储的记录包含了表中所有的列。
    • 二级索引
      • 以自定义的列的大小为页和记录的排序规则，在叶子节点处存储的记录内容是列+主键 。
  • 4.MyISAM存储引擎的数据和索引分开存储，这种存储引擎的索引全部都是 ⼆二级索引 ，在叶子节点处存储的是列 + 页号 。