【BATJ】面試必問MySQL索引實現原理
BATJ面試題剖析
1、為什麼需要使用索引？
2、資料結構Hash、平衡二叉樹、B樹、B+樹區別？
3、機械硬碟、固態硬碟區別？
4、Myisam與Innodb B+樹的區別？
5、MySQL中的索引什麼資料結構？
6、MySQL資料庫優化方案？
1.為什麼需要使用索引？
MySQL官方對索引的定義為：索引（Index）是幫助 MySQL 高效獲取資料的資料結構。
也就是說：索引就像書的目錄一樣可以非常快速的定位到書的頁碼。
如果向mysql發出一條sql語句請求，查詢的欄位沒有建立索引的話，可能會導致全表掃描，這樣查詢效率非常低
2.1資料結構
雜湊表（Hash table，也叫散列表），是根據關鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的資料結構。也就是說，它通過把關鍵碼值對映到表中一個位置來訪問記錄，以加快查詢的速度。這個對映函式叫做雜湊函式，存放記錄的陣列叫做散列表。
優點:通過欄位的值計算的hash值，定位資料非常快，查詢可以直接根據key訪問。
缺點: 因為底層資料結構是雜湊的，無法進行比較大小，不能進行範圍查詢
index=Hash(key)
2.2資料結構平衡二叉樹演算法
平衡二叉查詢樹，又稱 AVL樹。 它除了具備二叉查詢樹的基本特徵之外，還具有一個非常重要的特點：它 的左子樹和右子樹都是平衡二叉樹，且左子樹和右子樹的深度之差的絕對值（
平衡因子 ） 不超過1。 也就是說AVL樹每個節點的平衡因子只可能是-1、0和1（左子樹高度減去右子樹高度）。資料結構模擬工具
官網首頁:https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html Avl資料結構https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/AVLtree.html
平衡二叉樹 查詢原理
假設查詢10 （需要經歷4次IO操作）
1次 從硬碟中讀取4 （記憶體），判斷下10>4，取右指標 2次 從硬碟中讀取8 （記憶體），判斷下10>8，取右指標 3次 從硬碟中讀取9 （記憶體），判斷下10>，取右指標 4次 從硬碟中讀取10 （記憶體），判斷下10=10，定位到資料優點:平衡二叉樹演算法基本與二叉樹查詢相同，效率比較高
缺點:插入操作需要旋轉，支援範圍查詢，雖然支援範圍查詢，但是迴旋查詢效率低。
規律：如果樹的高度越高，那麼查詢IO次數會越多。
2.3資料結構B樹
維基百科對B樹的定義為“在電腦科學中，B樹（B-tree）是一種樹狀資料結構，它能夠儲存資料、對其進行排序並允許以O(log n)的時間複雜度執行進行查詢、順序讀取、插入和刪除的資料結構。B樹，概括來說是一個節點可以擁有多於2個子節點的二叉查詢樹。與自平衡二叉查詢樹不同，B-樹為系統最優化大塊資料的讀和寫操作。B-tree演算法減少定位記錄時所經歷的中間過程，從而加快存取速度。普遍運用在資料庫和檔案系統。”
因為B樹節點元素比平衡二叉樹要多，所以B樹資料結構相比平衡二叉樹資料結構實現減少磁碟IO的操作。
如何去減少查詢IO次數？
B樹在平衡二叉樹中，減少樹的高度
結論：B樹比平衡二叉樹減少了一次IO操作
B樹查詢效率比平衡二叉樹效率要高，因為B樹的節點中可以有多個元素，從而減少樹的高度，減少IO操作，從而提高查詢效率，缺點：範圍查詢效率還是比較低。
2.4資料結構B+樹
B+樹相比B樹，新增葉子節點與非葉子節點關係，葉子節點中包含了key和value，非葉子節點中只是包含了key，不包含value。
所有相鄰的葉子節點包含非葉子節點，使用連結串列進行結合，有一定順序排序，從而範圍查詢效率非常高。
B+樹 解決範圍查詢問題、減少IO查詢的操作。
B+樹演算法： 通過繼承了B樹的特徵，通過非葉子節點查詢葉子節點獲取對應的value，所有相鄰的葉子節點包含非葉子節點，使用連結串列進行結合，有一定順序排序，從而範圍查詢效率非常高。
缺點：因為有冗餘節點資料，會比較佔記憶體。
3、機械硬碟、固態硬碟區別？
固態硬碟對比機械硬碟優勢圖表
4、Myisam與Innodb B+樹的區別？
索引檔案如何檢視
預設資料與索引檔案位置: /var/lib/mysql
MyISAM引擎的檔案：
.myd 即 my data，表資料檔案
.myi 即my index，索引檔案
.log 日誌檔案。
InnoDB引擎的檔案：
採用表空間（tablespace）來管理資料，儲存表資料和索引，
InnoDB資料庫檔案（即InnoDB檔案集，ib-file set）：
ibdata1、ibdata2等：系統表空間檔案，儲存InnoDB系統資訊和使用者資料庫表資料和索引，所有表共用。
.ibd檔案：單表表空間檔案，每個表使用一個表空間檔案（file per table），存放使用者資料庫表資料和索引。
MyISAM和InnoDB對B-Tree索引不同的實現方式
主鍵索引： MyISAM引擎使用B+Tree作為索引結構，葉節點的data域存放的是資料記錄的地址。下圖是MyISAM主鍵索引的，這裡設表一共有三列，假設我們以Col1為主鍵，圖myisam1是一個MyISAM表的主索引（Primary key）示意。可以看出
InnoDB也使用B+Tree作為索引結構，但具體實現方式卻與MyISAM截然不同.
MyISAM索引檔案和資料檔案是分離的，索引檔案僅儲存資料記錄的地址。而在InnoDB中，表資料檔案本身就是按B+Tree組織的一個索引結構，這棵樹的葉節點data域儲存了完整的資料記錄。這個索引的key是資料表的主鍵，因此InnoDB表資料檔案本身就是主索引。
5、MySQL中的索引什麼資料結構？
使用B+Tree作為索引結構，使用MyISAM引擎，索引檔案和資料檔案是分離的，索引檔案僅儲存資料記錄的地址
6、MySQL資料庫優化方案？
Mysql的優化，大體可以分為三部分：索引的優化，sql慢查詢的優化，表的優化
開啟慢查詢日誌，可以讓MySQL記錄下查詢超過指定時間的語句，通過定位分析效能的瓶頸，才能更好的優化資料庫系統的效能。
先捕獲低效SQL→慢查詢優化方案→慢查詢優化原則
騰訊雲MySQL資料庫監控
1.騰訊雲資料庫地址:https://console.cloud.tencent.com/cdb 2. 例項監控https://console.cloud.tencent.com/cdb?ins=4-cdb-0g6a8qct
