MySQL--索引及优化查询

根据 MySQL索引原理及慢查询优化 整理

索引相关

索引的目的

索引的目的在于提高查询效率。

索引的原理

通过不断的缩小要查询的数据的范围来筛选出最终想要的结果，同时将随机的事件变成顺序事件。

数据库则复杂得多，不仅需要面对等值查询，还有范围插叙(<, >, between, in)、模糊查询(like)、并集查询(or)等等。 简单的搜索树难以满足复杂的应用场景。

磁盘的IO与预读

磁盘的IO是非常昂贵的操作。计算机操作系统做了一些优化，当一次IO时，不光读取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。每次IO读取的数据我们称之为一页(page)。一页一般为4kb或者8kb。

索引的数据结构

我们需要的数据结构：每次查找数据时，都要把磁盘IO次数控制在一个很小的数量级，最好是常数数量级。一个高度可控的多路搜索树是否能够满足需求呢？B+树应运而生。

详解B+树

B+树是一种树数据结构，通常用于数据库和操作系统的文件系统中。B+树的特点是能够保持数据稳定有序，其插入与修改拥有较稳定的对数时间复杂度。B+树元素自底向上插入，这与二叉树恰好相反。

真实数据存储于叶子节点，非叶子节点不存储真实数据，只存储指引搜索方向的数据项。

B+树的查找过程

内存查询时间非常短(相比于磁盘的IO)可以忽略不计。真实的情况是3层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。

B+树的性质

1. 通过上面的分析，我们知道IO的次数取决于树的高度H，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=log(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。如果数据项占用的空间越小，数据项就越多，树的高度就会越低。这就是为什么每个数据项，即索引字段要尽量小。这也是为什么B+树要求把真实数据存储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。
2. 当B+树的数据项是复合的数据结，比如(name, age, sex)时，B+树是按照从左到右的顺序来简历搜索树的。索引的最左匹配特性。

慢查询优化

建立索引的几大原则

1. 最左前缀匹配原则。 MySQL会一直想有匹配直到遇到范围查询(<, >, between, like)就停止匹配。
2. =和in可以乱序。MySQL查询优化器可以帮你优化成索引可以识别的形式。
3. 尽量选择区分度高的列作为索引。区分度公式：COUNT(DISTINCT col)/COUNT(*)，表示字段的不重复比例，比例越大扫描的表就越少，唯一键的缺乏难度为1。根据使用场景的不同，这个值也很难确定，一般需要join的字段我们都要求是0.1以上。
4. 索引列不能参与计算。保持列“干净”。
5. 尽量的扩展索引，不要新建索引。

查询优化神器 -- explain命令

慢查询优化基本步骤

1. 先运行看下是否真的很慢，注意设置 SQL_NO_CACHE
2. wnere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
3. 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)
4. order by limit形式的sql语句，让排序的表优先查询
5. 了解业务方使用场景
6. 增加索引时，参照索引的几大原则
7. 观察结果，不符合预期继续从0分析

写在后面的话

任何数据库层面的优化都抵不上应用系统的优化。