本文例項講述了MySQL資料庫優化之索引實現原理與用法。分享給大家供大家參考，具體如下：

索引

什麼是索引

索引用來快速地尋找那些具有特定值的記錄，所有MySQL索引都以B-樹的形式儲存。如果沒有索引，執行查詢時MySQL必須從第一個記錄開始掃描整個表的所有記錄，直至找到符合要求的記錄。表裡面的記錄數量越多，這個操作的代價就越高。如果作為搜尋條件的列上已經建立了索引，MySQL無需掃描任何記錄即可迅速得到目標記錄所在的位置。如果表有1000個記錄，通過索引查詢記錄至少要比順序掃描記錄快100倍。

索引的分類

主鍵索引

主鍵是一種唯一性索引，但它必須指定為“PRIMARY KEY”。如果你曾經用過AUTO_INCREMENT型別的列，你可能已經熟悉主鍵之類的概念了。主鍵一般在建立表的時候指定，例如“CREATE TABLE tablename ( […],PRIMARY KEY (列的列表) ); ”。但是，我們也可以通過修改表的方式加入主鍵，例如“ALTER TABLE tablename ADD PRIMARY KEY (列的列表); ”。每個表只能有一個主鍵。

建立主鍵索引

主鍵是一種唯一性索引，但它必須指定為“PRIMARY KEY”。如果你曾經用過AUTO_INCREMENT型別的列，你可能已經熟悉主鍵之類的概念了。主鍵一般在建立表的時候指定，例如“CREATE TABLE tablename ( […],PRIMARY KEY (列的列表) ); ”。但是，我們也可以通過修改表的方式加入主鍵，例如“ALTER TABLE tablename ADD PRIMARY KEY (列的列表); ”。每個表只能有一個主鍵。

當一張表，把某個列設為主鍵的時候，則該列就是主鍵索引

create table aaa
(id int unsigned primary key auto_increment,name varchar(32) not null default '');

這是id 列就是主鍵索引.

create table bbb (id int,name varchar(32) not null default '');

如果你建立表時，沒有指定主鍵索引，也可以在建立表後，在新增,指令:

例項:

alter table 表名 add primary key (列名);

刪除主鍵索引

alter table articles drop primary key;

查詢索引

desc 表名; 不能顯示索引名稱
show index from 表名
show keys from 表名

全文索引

建立表結構

CREATE TABLE articles (
    id INT UNSIGNED AUTO_INCREMENT NOT NULL PRIMARY KEY,title VARCHAR(200),body TEXT,FULLTEXT (title,body)
   )engine=myisam charset utf8;
INSERT INTO articles (title,body) VALUES
   ('MySQL Tutorial','DBMS stands for DataBase ...'),('How To Use MySQL Well','After you went through a ...'),('Optimizing MySQL','In this tutorial we will show ...'),('1001 MySQL Tricks','1. Never run mysqld as root. 2. ...'),('MySQL vs. YourSQL','In the following database comparison ...'),('MySQL Security','When configured properly,MySQL ...');

錯誤用法:

select * from articles where body like '%mysql%'; 錯誤用法 索引不會生效

正確用法:

select * from articles where match(title,body) against ( 'database')

說明:

1.在mysql中fulltext 索引只針對 myisam生效
2.mysql自己提供的fulltext針對英文生效->sphinx (coreseek) 技術處理中文
3.使用方法是 match(欄位名…) against('關鍵字')
4.全文索引：停止詞,因為在一個文字中，建立索引是一個無窮大的數，因此，對一些常用詞和字元，就不會建立，這些詞，稱為停止詞.比如（a，b，mysql，the）

mysql> select match(title,body) against ('database') from articles;（輸出的是每行和database的匹配度）

唯一索引

這種索引和前面的“普通索引”基本相同，但有一個區別：索引列的所有值都只能出現一次，即必須唯一。唯一性索引可以用以下幾種方式建立：

建立索引，例如CREATE UNIQUE INDEX <索引的名字> ON tablename (列的列表)；

修改表，例如ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE [索引的名字] (列的列表)；

建立表的時候指定索引，例如CREATE TABLE tablename ( […],UNIQUE [索引的名字] (列的列表) )；

建立表結構

create table ddd(id int primary key auto_increment,name varchar(32) unique);

注意

unique欄位可以為NULL,並可以有多NULL,但是如果是具體內容，則不能重複，

但是不能存有重複的空字串''

普通索引

普通索引（由關鍵字KEY或INDEX定義的索引）的唯一任務是加快對資料的訪問速度。因此，應該只為那些最經常出現在查詢條件（WHEREcolumn=）或排序條件（ORDERBYcolumn）中的資料列建立索引。只要有可能，就應該選擇一個數據最整齊、最緊湊的資料列（如一個整數型別的資料列）來建立索引。

create table ccc(
id int unsigned,name varchar(32)
)
create index 索引名 on 表 (列1,列名2);

索引的實現原理

資料庫索引，是資料庫管理系統中一個排序的資料結構，以協助快速查詢、更新資料庫表中資料。索引的實現通常使用 B 樹及其變種 B+ 樹。
在資料之外，資料庫系統還維護著滿足特定查詢演算法的資料結構，這些資料結構以某種方式引用（指向）資料，這樣就可以在這些資料結構上實現高階查詢演算法。這種資料結構，就是索引。
為表設定索引要付出代價的：一是增加了資料庫的儲存空間，二是在插入和修改資料時要花費較多的時間(因為索引也要隨之變動)。

上圖展示了一種可能的索引方式。左邊是資料表，一共有兩列七條記錄，最左邊的是資料記錄的實體地址（注意邏輯上相鄰的記錄在磁碟上也並不是一定物理相鄰的）。為了加快 Col2 的查詢，可以維護一個右邊所示的二叉查詢樹，每個節點分別包含索引鍵值和一個指向對應資料記錄實體地址的指標，這樣就可以運用二叉查詢在 O(log2n)的複雜度內獲取到相應資料。

建立索引可以大大提高系統的效能。

第一，通過建立唯一性索引，可以保證資料庫表中每一行資料的唯一性。
第二，可以大大加快資料的檢索速度，這也是建立索引的最主要的原因。
第三，可以加速表和表之間的連線，特別是在實現資料的參考完整性方面特別有意義。
第四，在使用分組和排序子句進行資料檢索時，同樣可以顯著減少查詢中分組和排序的時間。
第五，通過使用索引，可以在查詢的過程中，使用優化隱藏器，提高系統的效能。

也許會有人要問：增加索引有如此多的優點，為什麼不對錶中的每一個列建立一個索引呢？因為，增加索引也有許多不利的方面。

第一，建立索引和維護索引要耗費時間，這種時間隨著資料量的增加而增加。
第二，索引需要佔物理空間，除了資料表佔資料空間之外，每一個索引還要佔一定的物理空間，如果要建立聚簇索引，那麼需要的空間就會更大。
第三，當對錶中的資料進行增加、刪除和修改的時候，索引也要動態的維護，這樣就降低了資料的維護速度。

索引是建立在資料庫表中的某些列的上面。在建立索引的時候，應該考慮在哪些列上可以建立索引，在哪些列上不能建立索引。一般來說，應該在這些列上建立索引：在經常需要搜尋的列上，可以加快搜索的速度；在作為主鍵的列上，強制該列的唯一性和組織表中資料的排列結構；在經常用在連線的列上，這些列主要是一些外來鍵，可以加快連線的速度；在經常需要根據範圍進行搜尋的列上建立索引，因為索引已經排序，其指定的範圍是連續的；在經常需要排序的列上建立索引，因為索引已經排序，這樣查詢可以利用索引的排序，加快排序查詢時間；在經常使用在 WHERE 子句中的列上面建立索引，加快條件的判斷速度。

同樣，對於有些列不應該建立索引。一般來說，不應該建立索引的的這些列具有下列特點：

第一，對於那些在查詢中很少使用或者參考的列不應該建立索引。這是因為，既然這些列很少使用到，因此有索引或者無索引，並不能提高查詢速度。相反，由於增加了索引，反而降低了系統的維護速度和增大了空間需求。
第二，對於那些只有很少資料值的列也不應該增加索引。這是因為，由於這些列的取值很少，例如人事表的性別列，在查詢的結果中，結果集的資料行佔了表中資料行的很大比例，即需要在表中搜索的資料行的比例很大。增加索引，並不能明顯加快檢索速度。
第三，對於那些定義為 text,image 和 bit 資料型別的列不應該增加索引。這是因為，這些列的資料量要麼相當大，要麼取值很少。
第四，當修改效能遠遠大於檢索效能時，不應該建立索引。這是因為，修改效能和檢索效能是互相矛盾的。當增加索引時，會提高檢索效能，但是會降低修改效能。當減少索引時，會提高修改效能，降低檢索效能。因此，當修改效能遠遠大於檢索效能時，不應該建立索引。

根據資料庫的功能，可以在資料庫設計器中建立三種索引：唯一索引、主鍵索引和聚集索引。

唯一索引

唯一索引是不允許其中任何兩行具有相同索引值的索引。
當現有資料中存在重複的鍵值時，大多數資料庫不允許將新建立的唯一索引與表一起儲存。資料庫還可能防止新增將在表中建立重複鍵值的新資料。例如，如果在 employee 表中職員的姓(lname)上建立了唯一索引，則任何兩個員工都不能同姓。主鍵索引資料庫表經常有一列或列組合，其值唯一標識表中的每一行。該列稱為表的主鍵。在資料庫關係圖中為表定義主鍵將自動建立主鍵索引，主鍵索引是唯一索引的特定型別。該索引要求主鍵中的每個值都唯一。當在查詢中使用主鍵索引時，它還允許對資料的快速訪問。聚集索引在聚集索引中，表中行的物理順序與鍵值的邏輯（索引）順序相同。一個表只能包含一個聚集索引。
如果某索引不是聚集索引，則表中行的物理順序與鍵值的邏輯順序不匹配。與非聚集索引相比，聚集索引通常提供更快的資料訪問速度。

區域性性原理與磁碟預讀

由於儲存介質的特性，磁碟本身存取就比主存慢很多，再加上機械運動耗費，磁碟的存取速度往往是主存的幾百分分之一，因此為了提高效率，要儘量減少磁碟 I/O。為了達到這個目的，磁碟往往不是嚴格按需讀取，而是每次都會預讀，即使只需要一個位元組，磁碟也會從這個位置開始，順序向後讀取一定長度的資料放入記憶體。這樣做的理論依據是電腦科學中著名的區域性性原理：當一個數據被用到時，其附近的資料也通常會馬上被使用。程式執行期間所需要的資料通常比較集中。
由於磁碟順序讀取的效率很高（不需要尋道時間，只需很少的旋轉時間），因此對於具有區域性性的程式來說，預讀可以提高 I/O 效率。
預讀的長度一般為頁（page）的整倍數。頁是計算機管理儲存器的邏輯塊，硬體及作業系統往往將主存和磁碟儲存區分割為連續的大小相等的塊，每個儲存塊稱為一頁（在許多作業系統中，頁得大小通常為 4k），主存和磁碟以頁為單位交換資料。當程式要讀取的資料不在主存中時，會觸發一個缺頁異常，此時系統會向磁碟發出讀盤訊號，磁碟會找到資料的起始位置並向後連續讀取一頁或幾頁載入記憶體中，然後異常返回，程式繼續執行。

B-/+Tree 索引的效能分析

到這裡終於可以分析 B-/+Tree 索引的效能了。
上文說過一般使用磁碟 I/O 次數評價索引結構的優劣。先從 B-Tree 分析，根據 B-Tree 的定義，可知檢索一次最多需要訪問 h 個節點。資料庫系統的設計者巧妙利用了磁碟預讀原理，將一個節點的大小設為等於一個頁，這樣每個節點只需要一次 I/O 就可以完全載入。為了達到這個目的，在實際實現 B-Tree 還需要使用如下技巧：
每次新建節點時，直接申請一個頁的空間，這樣就保證一個節點物理上也儲存在一個頁裡，加之計算機儲存分配都是按頁對齊的，就實現了一個 node 只需一次 I/O。
B-Tree 中一次檢索最多需要 h-1 次 I/O（根節點常駐記憶體），漸進複雜度為 O(h)=O(logdN)。一般實際應用中，出度 d 是非常大的數字，通常超過 100，因此 h 非常小（通常不超過 3）。
而紅黑樹這種結構，h 明顯要深的多。由於邏輯上很近的節點（父子）物理上可能很遠，無法利用區域性性，所以紅黑樹的 I/O 漸進複雜度也為 O(h)，效率明顯比 B-Tree 差很多。

綜上所述，用 B-Tree 作為索引結構效率是非常高的。

應該花時間學習 B-樹和 B+ 樹資料結構

1）B 樹

B 樹中每個節點包含了鍵值和鍵值對於的資料物件存放地址指標，所以成功搜尋一個物件可以不用到達樹的葉節點。
成功搜尋包括節點內搜尋和沿某一路徑的搜尋，成功搜尋時間取決於關鍵碼所在的層次以及節點內關鍵碼的數量。
在 B 樹中查詢給定關鍵字的方法是：首先把根結點取來，在根結點所包含的關鍵字 K1,…,kj 查詢給定的關鍵字（可用順序查詢或二分查詢法），若找到等於給定值的關鍵字，則查詢成功；否則，一定可以確定要查的關鍵字在某個 Ki 或 Ki+1 之間，於是取 Pi 所指的下一層索引節點塊繼續查詢，直到找到，或指標 Pi 為空時查詢失敗。

2）B+ 樹

B+ 樹非葉節點中存放的關鍵碼並不指示資料物件的地址指標，非也節點只是索引部分。所有的葉節點在同一層上，包含了全部關鍵碼和相應資料物件的存放地址指標，且葉節點按關鍵碼從小到大順序連結。如果實際資料物件按加入的順序儲存而不是按關鍵碼次數儲存的話，葉節點的索引必須是稠密索引，若實際資料儲存按關鍵碼次序存放的話，葉節點索引時稀疏索引。
B+ 樹有 2 個頭指標，一個是樹的根節點，一個是最小關鍵碼的葉節點。
所以 B+ 樹有兩種搜尋方法：
一種是按葉節點自己拉起的連結串列順序搜尋。
一種是從根節點開始搜尋，和 B 樹類似，不過如果非葉節點的關鍵碼等於給定值，搜尋並不停止，而是繼續沿右指標，一直查到葉節點上的關鍵碼。所以無論搜尋是否成功，都將走完樹的所有層。
B+ 樹中，資料物件的插入和刪除僅在葉節點上進行。
這兩種處理索引的資料結構的不同之處：
a，B 樹中同一鍵值不會出現多次，並且它有可能出現在葉結點，也有可能出現在非葉結點中。而 B+ 樹的鍵一定會出現在葉結點中，並且有可能在非葉結點中也有可能重複出現，以維持 B+ 樹的平衡。
b，因為 B 樹鍵位置不定，且在整個樹結構中只出現一次，雖然可以節省儲存空間，但使得在插入、刪除操作複雜度明顯增加。B+ 樹相比來說是一種較好的折中。
c，B 樹的查詢效率與鍵在樹中的位置有關，最大時間複雜度與 B+ 樹相同(在葉結點的時候)，最小時間複雜度為 1(在根結點的時候)。而 B+ 樹的時候複雜度對某建成的樹是固定的。可以掃描2的次方。

索引的代價

佔用磁碟空間

對DML(update、delete、insert)語句的效率影響

增刪改會對索引影響，因為索引要重新整理。

儲存引擎允許的索引型別
myisambtree
innodbbtree
memory/yeapHash,btree

那些列上適合新增索引

①查詢作為查詢條件欄位應該建立索引
②唯一性太差的欄位不適合單獨建立索引,即使頻繁

Select * from emp where sex='男'

③頻繁更新欄位，也不要定義索引。
④不會出現在where語句的欄位不要建立索引

總結:滿處一下條件的欄位，才應該建立索引

①肯定在where條件經常使用
②該欄位的內容不是唯一的幾個值
③欄位內容不是頻繁變化

索引的注意事項

建立一張表

新增dept 資料

create PROCEDURE insert_dept(in start int(10),in max_num int(10))
BEGIN
 declare i int DEFAULT 0;
 set autocommit=0;
 REPEAT
 set i=i+1;
 insert into dept values ((start+i),rand_string(10),rand_string(8));
 UNTIL i =max_num
 end REPEAT;
 commit;
END
執行
call insert_dept(100,10);

建立主鍵索引

alter table 表名 add primary key (列名);

建立一個聯合索引

alter table dept add index my_ind (dname,loc); // dname 左邊的列,loc就是右邊的列

注意:

1.對於建立的多列索引，如果不是使用第一部分，則不會建立索引。
explain select * from dept where loc='aaa'\G
就不會使用到索引
2.模糊查詢在like前面有百分號開頭會失效。
3. 如果條件中有or，即使其中有條件帶索引也不會使用。換言之，就是要求使用的所有欄位，都必須建立索引,我們建議大家儘量避免使用or 關鍵字
4.如果列型別是字串，那一定要在條件中將資料使用引號引用起來。否則不使用索引。(新增時,字串必須''),也就是，如果列是字串型別，就一定要用 '' 把他包括起來.
5.如果mysql估計使用全表掃描要比使用索引快，則不使用索引。

查詢所用使用率

show status like 'handler_read%';

大家可以注意：

handler_read_key:這個值越高越好，越高表示使用索引查詢到的次數。
handler_read_rnd_next:這個值越高，說明查詢低效。

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希望本文所述對大家MySQL資料庫計有所幫助。