深入浅出数据库索引原理

参见:https://www.cnblogs.com/aspwebchh/p/6652855.html

1.为什么给表加上主键？

1.平时创建表的时候，都会给表加上主键。如果没有主键的表，数据会一行行的排列在磁盘上，查找一个数据需要一条条的进行对比。而加上主键的表，会变成树形（B树/B+树），这样整个表就变成一个索引，即聚合索引

假如我们执行一个SQL语句：

select * from table where id = 1256;

首先根据索引定位到1256这个值所在的叶结点，然后再通过叶结点取到id等于1256的数据行。

2.为什么索引后会使查询变快？

假如一张表有一亿条数据，需要查找其中某一条数据，按照常规逻辑，一条一条的去匹配的话，最坏的情况下需要匹配一亿次才能得到结果，用大O标记法就是O(n)最坏时间复杂度，这是无法接受的，而且这一亿条数据显然不能一次性读入内存供程序使用，因此，这一亿次匹配在不经缓存优化的情况下就是一亿次IO开销，以现在磁盘的IO能力和CPU的运算能力，有可能需要几个月才能得出结果。如果把这张表转换成平衡树结构（一棵非常茂盛和节点非常多的树），假设这棵树有10层，那么只需要10次IO开销就能查找到所需要的数据，速度以指数级别提升，用大O标记法就是O(log n)，n是记录总树，底数是树的分叉数，结果就是树的层次数。

3.为什么加索引后会使写入、修改、删除变慢？

事物都是有两面的，索引能让数据库查询数据的速度上升，而使写入数据的速度下降，原因很简单的，因为平衡树这个结构必须一直维持在一个正确的状态，增删改数据都会改变平衡树各节点中的索引数据内容，破坏树结构，因此，在每次数据改变时， DBMS必须去重新梳理树（索引）的结构以确保它的正确，这会带来不小的性能开销，也就是为什么索引会给查询以外的操作带来副作用的原因。

4.什么情况下要同时在两个字段上建索引？

4.1 非聚合索引

非聚集索引和聚集索引一样，同样是采用平衡树作为索引的数据结构。索引树结构中各节点的值来自于表中的索引字段，假如给user表的name字段加上索引，那么索引就是由name字段中的值构成，在数据改变时， DBMS需要一直维护索引结构的正确性。如果给表中多个字段加上索引，那么就会出现多个独立的索引结构，每个索引（非聚集索引）互相之间不存在关联。如下图
每次给字段建一个新索引，字段中的数据就会被复制一份出来，用于生成索引。因此，给表添加索引，会增加表的体积，占用磁盘存储空间。

非聚集索引和聚集索引的区别在于，通过聚集索引可以查到需要查找的数据，而通过非聚集索引可以查到记录对应的主键值，再使用主键的值通过聚集索引查找到需要的数据，如下图

4.2 覆盖索引

非聚合索引都会利用主键通过聚合索引来定位到数据，聚合索引（主键）是通往真实数据所在的唯一路径，但是有一种例外是可以不使用聚合索引就能查询到所需要的数据，这种办法被称为覆盖索引。

先看下面这个SQL语句

//建立索引

create index index_birthday on user_info(birthday);

//查询生日在1991年11月1日出生用户的用户名

select user_name from user_info where birthday = '1991-11-1'

这句SQL语句的执行过程如下

首先，通过非聚集索引index_birthday查找birthday等于1991-11-1的所有记录的主键ID值

然后，通过得到的主键ID值执行聚集索引查找，找到主键ID值对就的真实数据（数据行）存储的位置

最后，从得到的真实数据中取得user_name字段的值返回，也就是取得最终的结果

我们把birthday字段上的索引改成双字段的覆盖索引

create index index_birthday_and_user_name on user_info(birthday, user_name);

这句SQL语句的执行过程就会变为

通过非聚集索引index_birthday_and_user_name查找birthday等于1991-11-1的叶节点的内容，然而，叶节点中除了有user_name表主键ID的值以外， user_name字段的值也在里面，因此不需要通过主键ID值的查找数据行的真实所在，直接取得叶节点中user_name的值返回即可。通过这种覆盖索引直接查找的方式，可以省略不使用覆盖索引查找的后面两个步骤，大大的提高了查询性能，如下图

一、为什么要创建索引呢（优点）？

这是因为，创建索引可以大大提高系统的性能。

第一，通过创建唯一性索引，可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。

第二，可以大大加快数据的检索速度，这也是创建索引的最主要的原因。

第三，可以加速表和表之间的连接，特别是在实现数据的参考完整性方面特别有意义。

第四，在使用分组和排序子句进行数据检索时，同样可以显著减少查询中分组和排序的时间。

第五，通过使用索引，可以在查询的过程中，使用优化隐藏器，提高系统的性能。

二、建立方向索引的不利因素（缺点）

也许会有人要问：增加索引有如此多的优点，为什么不对表中的每一个列创建一个索引呢？这种想法固然有其合理性，然而也有其片面性。虽然，索引有许多优点，但是，为表中的每一个列都增加索引，是非常不明智的。这是因为，增加索引也有许多不利的一个方面。

第一，创建索引和维护索引要耗费时间，这种时间随着数据量的增加而增加。

第二，索引需要占物理空间，除了数据表占数据空间之外，每一个索引还要占一定的物理空间，如果要建立聚簇索引，那么需要的空间就会更大。

第三，当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候，索引也要动态的维护，这样就降低了数据的维护速度。

三、创建方向索引的准则

索引是建立在数据库表中的某些列的上面。因此，在创建索引的时候，应该仔细考虑在哪些列上可以创建索引，在哪些列上不能创建索引。

一般来说，应该在这些列上创建索引。

第一，在经常需要搜索的列上，可以加快搜索的速度；

第二，在作为主键的列上，强制该列的唯一性和组织表中数据的排列结构；

第三，在经常用在连接的列上，这些列主要是一些外键，可以加快连接的速度；

第四，在经常需要根据范围进行搜索的列上创建索引，因为索引已经排序，其指定的范围是连续的；

第五，在经常需要排序的列上创建索引，因为索引已经排序，这样查询可以利用索引的排序，加快排序查询时间；

第六，在经常使用在WHERE子句中的列上面创建索引，加快条件的判断速度。

同样，对于有些列不应该创建索引。一般来说，不应该创建索引的的这些列具有下列特点：

第一，对于那些在查询中很少使用或者参考的列不应该创建索引。这是因为，既然这些列很少使用到，因此有索引或者无索引，并不能提高查询速度。相反，由于增加了索引，反而降低了系统的维护速度和增大了空间需求。

第二，对于那些只有很少数据值的列也不应该增加索引。这是因为，由于这些列的取值很少，例如人事表的性别列，在查询的结果中，结果集的数据行占了表中数据行的很大比例，即需要在表中搜索的数据行的比例很大。增加索引，并不能明显加快检索速度。

第三，对于那些定义为text, image和bit数据类型的列不应该增加索引。这是因为，这些列的数据量要么相当大，要么取值很少。

第四，当修改性能远远大于检索性能时，不应该创建索引。这是因为，修改性能和检索性能是互相矛盾的。当增加索引时，会提高检索性能，但是会降低修改性能。当减少索引时，会提高修改性能，降低检索性能。因此，当修改性能远远大于检索性能时，不应该创建索引。