基础
什么是索引
索引是关系数据库中对某一列或多个列的值进行预排序的数据结构。
索引的作用
索引的是用于数据查找的一种数据结构，常见的用于数据查找的数据结构，有有序数组、二叉查找树、哈希表等，这些数据结构都是查找速度较快的。
面临的问题
索引设计面临如下几个问题：
- 如何更快的查询到数据；
- 是否支持范围查询；
- 如何减少空间的占用；
- 如何减少磁盘的交互次数，因为数据最终都是存放在磁盘上的，与磁盘的交互阅读速度越慢；
- ……
实现方式
B-Tree/B+Tree
概念：B-Tree指的是B树，“-”并非减符号，而B+Tree指的是B+树。
在讲解B树和B+树前，让我们思考一个问题，常见的有序数组、二叉查找树等的查询速度都是log(n)，而我们知道MySQL中InnoDB引擎，默认使用的是B+树作为索引的结构，为什么呢？
我们知道，内存是不安全的易失性存储，而磁盘才是持久性的存储介质。而且，由于价格因素，磁盘才是最主要的用于数据存储的，大部分的数据，其实是处于磁盘中，而非内存中的。而如果使用有序数组，尽管查找速度是log(n)，但每次查找数据，都需要在磁盘中进行log(n)次的磁盘访问，访问速度是很慢的。同理，使用二叉树也存在同样的问题，大部分的数据都存在于磁盘中，多次访问磁盘的空间效率更低。那么，B树呢？
B树结构如上图所示，可以看到，B树是一棵多叉查找树树，一个节点可以拥有两个以上的节点。相比于二叉树而言，B树最大的优点在于中间层可以存放于内存中，且相同数据量的情况下，B树的高度低于二叉树，可以减少查找的过程，从而加快存储速度。因此，B树常用于数据库和文件系统的设计中。
上图所示是B+树的结构，B+树是一种类似于B树的结构，B+树与B树的区别有如下几点：
- B树的非叶子节点上也有完整的行数据，B+树只在叶子节点上有数据，非叶子节点上只有键，优点是内存中存放的键数量更多，查找更快。
- B+树的叶子节点上包含所有的键，B树的叶子节点上不一定有所有的键。
- B+树的叶子节点通过链表进行连接，范围查询更加快速。
hash索引
MySQL中的hash索引，如上图所示，是基于hash表实现的，使用拉链法来处理数据冲突，hash索引的检索效率非常高，而hash索引也存在一些缺点：
- hash索引无法处理范围查询，范围查询速度较慢；
- hash索引无法避免排序运算；
- hash索引不能利用部分索引键查询，组合索引的场景下，hash索引需要将多个索引键进行合并计算hash值，无法单独利用；
- hash索引不可避免地存在表扫描地情况，即使通过hash定位到数据，仍然需要对原始数据进行对比，才可以查找到正确地数据；
- hash索引在大量hash值相等地情况下，性能并不一定比B-Tree索引高。
由于存在以上缺点，即使hash索引的查找速度很快，在使用时却也不一定比B+Tree更好。
索引分类
索引类型
主键索引
数据库表中一列或列组合（字段）的值唯一标识表中的每一行。该列称为表的主键。在数据库中，当定义主键时，会自动创建主键索引，主键索引是唯一索引的特定类型。
普通索引
最基本的索引类型，没有唯一性之类的限制。
唯一索引
唯一索引是不允许其中任何两行具有相同索引值的索引。
聚簇索引/非聚簇索引
聚簇索引：也称聚集索引。表中行的物理顺序与键值的逻辑（索引）顺序相同。一个表只能包含一个聚集索引。
非聚簇索引：也称非聚集索引。在非聚集索引中，数据库表中记录的物理顺序与索引顺序可以不相同。一个表中只能有一个聚集索引，但表中的每一列都可以有自己的非聚集索引。
联合索引
联合索引是由多个字段组成的索引。其中，只有第一个字段是有序的，其他字段仅在前面字段相等的情况下有序，但从整体的角度而言，是无序的。
性能优化
回表
在MySQL中，会自动为主键创建主键索引，同时，主键索引上包含所有的数据。而对于其他的所有非主键索引，非主键索引中只包含索引键和主键数据。因此在非主键索引上查询到主键后，需要通过该主键在主键索引上查找数据，这个过程称为“回表”。
覆盖索引
如上，当select语句查询的内容，在非主键索引上就已经全部包含，不需要再进入主键索引查找时，称为“覆盖索引”。
索引下推
索引查询时时常带有where语句，当多个条件并列，且条件在索引数据中包含时，MySQL会使用“索引下推”在索引上进行匹配，过滤以减少数据，加快查询速度。
最左前缀匹配
最左前缀匹配原则，是一个应用于联合索引的非常重要的原则，即查询时，会按照联合索引建立的顺序，从左到右进行匹配。可以通过以下这几个特性来理解。
- 对于联合索引，MySQL 会一直向右匹配直到遇到范围查询（> ， < ，between，like）就停止匹配。比如 a = 3 and b = 4 and c > 5 and d = 6，如果建立的是（a,b,c,d）这种顺序的索引，那么 d 是用不到索引的，但是如果建立的是 （a,b,d,c）这种顺序的索引的话，那么就没问题，而且 a，b，d 的顺序可以随意调换。
- = 和 in 可以乱序，比如 a = 3 and b = 4 and c = 5 建立 （a，b，c）索引可以任意顺序。
- 如果建立的索引顺序是 （a，b）那么直接采用 where b = 5 这种查询条件是无法利用到索引的，这一条最能体现最左匹配的特性。
