引言

? ?由于MySQL是作為存儲(chǔ)層部署在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的最后端，所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)最終都要入庫(kù)落盤，但隨著一個(gè)項(xiàng)目在線上運(yùn)行的時(shí)間越來(lái)越久，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)量自然會(huì)越來(lái)越多，而數(shù)據(jù)體積出現(xiàn)增長(zhǎng)后，當(dāng)需要從表查詢一些數(shù)據(jù)時(shí)，效率會(huì)越發(fā)低下。在正常情況下，表的查詢性能和數(shù)據(jù)量是成反比的，也就是數(shù)據(jù)越多，查詢?cè)铰?/p>

這是什么原因?qū)е碌哪兀坑捎?code>MySQL默認(rèn)的查詢方式導(dǎo)致的，舉個(gè)例子~

SELECT * FROM `zz_student`;
+------------+--------+------+--------+
| student_id | name   | sex  | height |
+------------+--------+------+--------+
|          1 | 竹子   | 男   | 185cm  |
|          2 | 熊貓   | 女   | 170cm  |
|          3 | 子竹   | 男   | 182cm  |
|          4 | 棕熊   | 男   | 187cm  |
|          5 | 黑豹   | 男   | 177cm  |
|          6 | 腦斧   | 男   | 178cm  |
|          7 | 兔紙   | 女   | 165cm  |
+------------+--------+------+--------+

SELECT * FROM `zz_student`  WHERE name = "腦斧";

上面給出了一張學(xué)生表，其中有七位學(xué)生信息，而此時(shí)要查詢姓名為「腦斧」的學(xué)生信息時(shí)，MySQL底層是如何檢索數(shù)據(jù)的呢？會(huì)觸發(fā)磁盤IO，對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐條讀取并判斷，也就是說，在這里想要查找到符合要求的數(shù)據(jù)，至少要經(jīng)過六次磁盤IO才能檢索到目標(biāo)（暫且先不考慮局部性讀取原理與隨機(jī)IO）。

• 那假設(shè)這個(gè)表中有1000W條數(shù)據(jù)呢？要查的目標(biāo)數(shù)據(jù)位于表的900W行以后怎么辦？豈不是要觸發(fā)幾百萬(wàn)次磁盤IO才能檢索到數(shù)據(jù)啊，如果真的這樣去干，其效率大家可想而知。

在這種情況下，又該如何去提升數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢性能呢？因?yàn)椴樵兺际且粋€(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中最頻繁的操作，一般項(xiàng)目的寫/讀請(qǐng)求比例都遵循三七定律，也就是30%的請(qǐng)求會(huì)涉及到寫庫(kù)操作，另外70%則屬于查庫(kù)類型的操作。

? ?在思考如何提升查詢性能前，咱們不妨先回想一下小時(shí)候的場(chǎng)景，小時(shí)候由于剛接觸漢字，很多字都不認(rèn)識(shí)，所以通常每個(gè)人小時(shí)候都會(huì)擁有一本「新華字典」，但一本字典那么厚，我們是一頁(yè)頁(yè)去翻的嗎？并不是，字典中有目錄索引，我們可以根據(jù)音節(jié)、偏旁等方式查找不認(rèn)識(shí)的字。
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在「新華字典」中一頁(yè)頁(yè)翻找某個(gè)漢字，就類似于我們前面給出的全表掃描方式，效率特別特別低，而通過目錄索引則能夠在很短的時(shí)間內(nèi)找到目標(biāo)漢字。

? ?既然字典中都存在目錄索引頁(yè)，能幫助小時(shí)候的我們快速檢索漢字，那這個(gè)思想能否應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)呢？答案是當(dāng)然可以，并且MySQL也提供了索引機(jī)制，索引是數(shù)據(jù)庫(kù)中的核心組件之一，一張表中建立了合適的索引后，往往在面對(duì)海量數(shù)據(jù)查詢時(shí)，能夠事半功倍，接下來(lái)一起聊一聊MySQL的索引。

索引機(jī)制會(huì)分為上、中、下三篇進(jìn)行闡述，大致內(nèi)容如下：
《上篇：索引初識(shí)篇》主要講解索引的概述、分類、使用與管理等；
《中篇：索引應(yīng)用篇》主要闡述索引優(yōu)劣分析、建立索引的原則、索引失效的場(chǎng)景、如何正確的使用索引、索引優(yōu)化機(jī)制等；
《下篇：索引原理篇》則主要講述索引的底層實(shí)現(xiàn)、B+Tree、Hash數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、聚簇索引和非聚簇索引實(shí)現(xiàn)、索引查詢?cè)怼⑺饕芾韺?shí)現(xiàn)等；

一、MySQL索引機(jī)制概述

? ?對(duì)于MySQL索引機(jī)制的作用，經(jīng)過上述「新華字典」的案例后可得知：索引就是用來(lái)幫助表快速檢索目標(biāo)數(shù)據(jù)的。此時(shí)先來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下MySQL中索引是如何使用的呢？首先需要?jiǎng)?chuàng)建索引，MySQL可以通過CREATE、ALTER、DDL三種方式創(chuàng)建一個(gè)索引。

1.1、MySQL索引的創(chuàng)建方式

• ①使用CREATE語(yǔ)句創(chuàng)建

CREATE INDEX indexName ON tableName (columnName(length) [ASC|DESC]);

這種創(chuàng)建方式可以給一張已存在的表結(jié)構(gòu)添加索引，其中需要指定幾個(gè)值：

• indexName：當(dāng)前創(chuàng)建的索引，創(chuàng)建成功后叫啥名字。
• tableName：要在哪張表上創(chuàng)建一個(gè)索引，這里指定表名。
• columnName：要為表中的哪個(gè)字段創(chuàng)建索引，這里指定字段名。
• length：如果字段存儲(chǔ)的值過長(zhǎng)，選用值的前多少個(gè)字符創(chuàng)建索引。
• ASC|DESC：指定索引的排序方式，ASC是升序，DESC是降序，默認(rèn)ASC。

當(dāng)然，上述語(yǔ)句中的INDEX也可更改為KEY，作用都是創(chuàng)建一個(gè)普通索引，而對(duì)于其他的索引類型，這點(diǎn)在后續(xù)的索引分類中再聊。

• ②使用ALTER語(yǔ)句創(chuàng)建

ALTER TABLE tableName ADD INDEX indexName(columnName(length) [ASC|DESC]);

這里的參數(shù)都相同，所以不再重復(fù)贅述。

• ③建表時(shí)DDL語(yǔ)句中創(chuàng)建

CREATE TABLE tableName(  
  columnName1 INT(8) NOT NULL,   
  columnName2 ....,
  .....,
  INDEX [indexName] (columnName(length))  
);

這種方式就比較適合在庫(kù)表設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)確定了索引項(xiàng)的情況下建立。

1.2、查詢、刪除、指定索引

但不管通過哪種方式建立索引，本質(zhì)上創(chuàng)建的索引都是相同的，當(dāng)索引創(chuàng)建完成后，可通過SHOW INDEX FROM tableName;這條命令查詢一個(gè)表中擁有的索引，如下：

CREATE TABLE `zz_user`  (
  `user_id` int(8) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(255) NULL DEFAULT "",
  `user_sex` varchar(255) NULL DEFAULT "",
  `user_phone` varchar(255) NULL DEFAULT "",
    PRIMARY KEY (`user_id`) USING BTREE
)
    ENGINE = InnoDB 
    CHARACTER SET = utf8 
    COLLATE = utf8_general_ci 
    ROW_FORMAT = Compact;

在上述的建表SQL中，為user_id創(chuàng)建了一個(gè)主鍵索引，然后來(lái)查一下當(dāng)前表的索引信息：
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簡(jiǎn)單的概述一下查詢后，每個(gè)字段的含義：

• ①Table：當(dāng)前索引屬于那張表。
• ②Non_unique：目前索引是否屬于唯一索引，0代表是的，1代表不是。
• ③Key_name：當(dāng)前索引的名字。
• ④Seq_in_index：如果當(dāng)前是聯(lián)合索引，目前字段在聯(lián)合索引中排第幾個(gè)。
• ⑤Column_name：當(dāng)前索引是位于哪個(gè)字段上建立的。
• ⑥Collation：字段值以什么方式存儲(chǔ)在索引中，A表示有序存儲(chǔ)，NULL表無(wú)序。
• ⑦Cardinality：當(dāng)前索引的散列程度，也就是索引中存儲(chǔ)了多少個(gè)不同的值。
• ⑧Sub_part：當(dāng)前索引使用了字段值的多少個(gè)字符建立，NULL表示全部。
• ⑨Packed：表示索引在存儲(chǔ)字段值時(shí)，以什么方式壓縮，NULL表示未壓縮，
• ⑩Null：當(dāng)前作為索引字段的值中，是否存在NULL值，YES表示存在。
• ?Index_type：當(dāng)前索引的結(jié)構(gòu)（BTREE, FULLTEXT, HASH, RTREE）。
• ?Comment：創(chuàng)建索引時(shí)，是否對(duì)索引有備注信息。

這條命令在后續(xù)排除問題、性能調(diào)優(yōu)時(shí)，會(huì)有不小的作用，比如可以通過分析其中的Cardinality字段值，如果該值少于數(shù)據(jù)的實(shí)際行數(shù)，那目前索引有可能失效（對(duì)于這些后續(xù)排查篇和SQL優(yōu)化篇再聊）。

OK~，到這里了解了一下索引相關(guān)的創(chuàng)建、查詢命令，接著再看看刪除、強(qiáng)制使用命令。

在MySQL中并未提供修改索引的命令，也就說當(dāng)你建錯(cuò)了索引，只能先刪再重新建立一次，刪除索引的語(yǔ)句如下：

DROP INDEX indexName ON tableName;

當(dāng)然，當(dāng)建立了一條索引后，也可以強(qiáng)制性的為SELECT語(yǔ)句指定索引，如下：

SELECT * FROM table_name FORCE INDEX(index_name) WHERE .....;

FORCE INDEX關(guān)鍵字可以為一條查詢語(yǔ)句強(qiáng)制指定走哪個(gè)索引查詢，但要牢記的是：如果當(dāng)前的查詢SQL壓根不會(huì)走指定的索引字段，哪這種方式是行不通的，這個(gè)關(guān)鍵字的用法是：一條查詢語(yǔ)句在有多個(gè)索引可以檢索數(shù)據(jù)時(shí)，顯式指定一個(gè)索引，減少優(yōu)化器選擇索引的耗時(shí)。

但要注意：如果你對(duì)于你整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)十分熟悉，那可以這樣干。但如果不熟悉的話，還是交給優(yōu)化器來(lái)自行選擇，否則會(huì)適得其反！

1.3、數(shù)據(jù)庫(kù)索引的本質(zhì)

? ?前面一直在聊創(chuàng)建、查看、刪除、指定等一些索引的基本操作，但索引本質(zhì)上在數(shù)據(jù)庫(kù)中是什么呢？大家都知道，數(shù)據(jù)庫(kù)是基于磁盤工作的，所有的數(shù)據(jù)都會(huì)放到磁盤上存儲(chǔ)，而索引也是數(shù)據(jù)的一種，因此與表數(shù)據(jù)相同，最終創(chuàng)建出的索引也會(huì)在磁盤生成本地文件。

? ?不過索引文件在磁盤中究竟以何種方式存儲(chǔ)，這是由索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)決定的。同時(shí)，由于索引機(jī)制最終是由存儲(chǔ)引擎實(shí)現(xiàn)，因此不同存儲(chǔ)引擎下的索引文件，其保存在本地的格式也并不相同。

在這里有一個(gè)點(diǎn)需要注意：建立索引的工作在表數(shù)據(jù)越少時(shí)越好，如果你想要給一張百萬(wàn)、千萬(wàn)條數(shù)據(jù)級(jí)別的表新創(chuàng)建一個(gè)索引，那創(chuàng)建的耗時(shí)也不短，這是為什么呢？

因?yàn)閯倓偭倪^，索引本質(zhì)上和表是一樣的，都是磁盤中的文件，那也就代表著創(chuàng)建一個(gè)索引，并不像單純的給一張表加個(gè)約束那么簡(jiǎn)單，而是會(huì)基于原有的表數(shù)據(jù)，重新在磁盤中創(chuàng)建新的本地索引文件。假設(shè)表中有一千萬(wàn)條數(shù)據(jù)，那創(chuàng)建索引時(shí)，就需要將索引字段上的1000W個(gè)值全部拷貝到本地索引文件中，同時(shí)做好排序并與表數(shù)據(jù)產(chǎn)生映射關(guān)系。

OK~，至此就對(duì)MySQL提供的索引機(jī)制做了簡(jiǎn)單回顧，下面再來(lái)說說數(shù)據(jù)庫(kù)中“多樣化”的索引類型。

二、MySQL的索引分類

? ?在前面我為什么用多樣化去形容數(shù)據(jù)庫(kù)索引呢？因?yàn)榇_實(shí)如此，先列一些大家都聽說過的索引稱呼：聚簇索引、非聚簇索引、唯一索引、主鍵索引、聯(lián)合索引、全文索引、單列索引、多列索引、復(fù)合索引、普通索引、二級(jí)索引、輔助索引、次級(jí)索引、有序索引、B+Tree索引、R-Tree索引、T-Tree索引、Hash索引、空間索引、前綴索引......

是不是看的眼花繚亂，這些都是MySQL中索引的一些稱呼，一通看下來(lái)，估計(jì)大家看“索引”兩個(gè)字都有點(diǎn)不認(rèn)識(shí)了^_^

但實(shí)際上MySQL中真的有這么多索引類型嗎？其實(shí)并沒有，上述列出的索引稱呼中，有幾個(gè)稱呼對(duì)應(yīng)的索引是同一個(gè)，有一部分只是邏輯上的索引，那索引究竟該如何分類呢？其實(shí)從不同的層面上來(lái)說，可以將索引劃分為不同的類型，接下來(lái)重點(diǎn)聊一聊。

2.1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次

? ?前面聊索引本質(zhì)的時(shí)候提到過，索引建立后也會(huì)在磁盤生成索引文件，那每個(gè)具體的索引節(jié)點(diǎn)該如何在本地文件中存放呢？這點(diǎn)是由索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)決定的。比如索引的底層結(jié)構(gòu)是數(shù)組，那所有的索引節(jié)點(diǎn)都會(huì)以Node1→Node2→Node3→Node4....這樣的形式，存儲(chǔ)在磁盤同一塊物理空間中，不過MySQL的索引不支持?jǐn)?shù)組結(jié)構(gòu)，或者說數(shù)組結(jié)構(gòu)不適合作為索引結(jié)構(gòu)，MySQL索引支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

• B+Tree類型：MySQL中最常用的索引結(jié)構(gòu)，大部分引擎支持，有序。
• Hash類型：大部分存儲(chǔ)引擎都支持，字段值不重復(fù)的情況下查詢最快，無(wú)序。
• R-Tree類型：MyISAM引擎支持，也就是空間索引的默認(rèn)結(jié)構(gòu)類型。
• T-Tree類型：NDB-Cluster引擎支持，主要用于MySQL-Cluster服務(wù)中。

在上述的幾種索引結(jié)構(gòu)中，B+樹和哈希索引是最常見的索引結(jié)構(gòu)，幾乎大部分存儲(chǔ)引擎都實(shí)現(xiàn)了，對(duì)于后續(xù)兩種索引結(jié)構(gòu)在某些情況下也較為常見，但除開列出的幾種索引結(jié)構(gòu)外，MySQL索引支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還有R+、R*、QR、SS、X樹等結(jié)構(gòu)。

但為何后續(xù)的一些索引結(jié)構(gòu)大家沒聽說過呢？這是因?yàn)樗饕降字С质裁磾?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這是由存儲(chǔ)引擎決定的，不同的存儲(chǔ)引擎支持的索引結(jié)構(gòu)也并不同，目前較為常用的引擎就是MyISAM、InnoDB，因此大家未曾聽說后面列出的這些索引結(jié)構(gòu)也是正常的。

當(dāng)然，也正因?yàn)樗饕Y(jié)構(gòu)由存儲(chǔ)引擎決定，而MySQL引擎層在《MySQL架構(gòu)篇》中提到過，屬于可拔插式引擎，所以如果你有能力自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)引擎，那你甚至可以讓引擎的索引機(jī)制支持任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在MySQL中創(chuàng)建索引時(shí)，其默認(rèn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就為B+Tree，如何更換索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢？如下：

CREATE INDEX indexName ON tableName (columnName(length) [ASC|DESC]) USING HASH;

也就是在創(chuàng)建索引時(shí)，通過USING關(guān)鍵字顯示指定索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（必須要為當(dāng)前引擎支持的結(jié)構(gòu)）。

同時(shí)索引會(huì)被分為有序索引和無(wú)序索引，這是指索引文件中存儲(chǔ)索引節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)不會(huì)按照字段值去排序。那一個(gè)索引到底是有序還是無(wú)序，就是依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定的，例如B+Tree、R-Tree等樹結(jié)構(gòu)都是有序，而哈希結(jié)構(gòu)則是無(wú)序的。

2.2、字段數(shù)量層次

? ?前面從索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次出發(fā)，可以將索引分為不同結(jié)構(gòu)的類型，而從表字段的層次來(lái)看，索引又可以分為單列索引和多列索引，這兩個(gè)稱呼也比較好理解，單列索引是指索引是基于一個(gè)字段建立的，多列索引則是指由多個(gè)字段組合建立的索引。

單列索引也會(huì)分為很多類型，比如：

• 唯一索引：指索引中的索引節(jié)點(diǎn)值不允許重復(fù)，一般配合唯一約束使用。
• 主鍵索引：主鍵索引是一種特殊的唯一索引，和普通唯一索引的區(qū)別在于不允許有空值。
• 普通索引：通過KEY、INDEX關(guān)鍵字創(chuàng)建的索引就是這個(gè)類型，沒啥限制，單純的可以讓查詢快一點(diǎn)。
• .....還有很多很多，只要是基于單個(gè)字段建立的索引都可以被稱為單列索引。

多列索引的概念前面解釋過了，不過它也有很多種叫法，例如：

• 組合索引、聯(lián)合索引、復(fù)合索引、多值索引....

但不管名稱咋變，描述的含義都是相同的，即由多個(gè)字段組合建立的索引。

不過在使用多列索引時(shí)要注意：當(dāng)建立多列索引后，一條SELECT語(yǔ)句，只有當(dāng)查詢條件中了包含了多列索引的第一個(gè)字段時(shí)，才能使用多列索引，下面舉個(gè)栗子。

比如在用戶表中，通過id、name、age三個(gè)字段建立一個(gè)多列索引，什么情況下會(huì)使用索引，什么時(shí)候不會(huì)呢？如下：

-- 無(wú)法使用多列索引的SQL語(yǔ)句
SELECT * FROM `zz_user` WHERE name = "竹子" AND age = "18";

-- 能命中多列索引的SQL語(yǔ)句
SELECT * FROM `zz_user` WHERE name = "竹子" AND id = 6;

OK，到這里就根據(jù)字段數(shù)量的層面出發(fā)，簡(jiǎn)單講明了單列和多列索引的概念，但無(wú)論是單列還是多列，都可以存在一個(gè)前綴索引的概念，啥叫前綴索引呢？還記得創(chuàng)建索引時(shí)指定的length字段嗎？

• length：如果字段存儲(chǔ)的值過長(zhǎng)，選用值的前多少個(gè)字符創(chuàng)建索引。

使用一個(gè)字段值中的前N個(gè)字符創(chuàng)建出的索引，就可以被稱為前綴索引，前綴索引能夠在很大程度上，節(jié)省索引文件的存儲(chǔ)空間，也能很大程度上提升索引的性能，這是為什么呢？后面分析索引實(shí)現(xiàn)原理的時(shí)候細(xì)聊。

2.3、功能邏輯層次

? ?相信大家在面試時(shí)，如果問到了MySQL索引機(jī)制，相信一定會(huì)問如下這道面試題：

請(qǐng)回答一下你知道的MySQL索引類型。

這題的答案該怎么回答呢？其實(shí)主要就是指MySQL索引從邏輯上可以分為那些類型，以功能邏輯劃分索引類型，這也是最常見的劃分方式，從這個(gè)維度來(lái)看主要可劃分為五種：

• 普通索引、唯一索引、主鍵索引、全文索引、空間索引

對(duì)于普通索引、唯一索引、主鍵索引都介紹過了，就不再過多闡述，但稍微提一嘴，在主鍵字段上建立的索引被稱為主鍵索引，非主鍵字段上建立的索引一般被稱為輔助索引或、二級(jí)索引或次級(jí)索引，接著重點(diǎn)聊一下全文索引和空間索引。

全文索引和空間索引都是MySQL5.7版本后開始支持的索引類型，不過這兩種索引都只有MyISAM引擎支持，其他引擎要么我沒用過，要么就由于自身實(shí)現(xiàn)的原因不支持，例如InnoDB。對(duì)于全文索引而言，其實(shí)在MySQL5.6版本中就有了，但當(dāng)時(shí)并不支持漢字檢索，到了5.7.6版本的時(shí)候才內(nèi)嵌ngram全文解析器，才支持亞洲語(yǔ)種的分詞，同時(shí)InnoDB引擎也開始支持全文索引，在5.7版本之前，只有MyISAM引擎支持。

全文索引

? ?全文索引類似于ES、Solr搜索中間件中的分詞器，或者說和之前常用的like+%模糊查詢很類似，它只能創(chuàng)建在CHAR、VARCHAR、TEXT等這些文本類型字段上，而且使用全文索引查詢時(shí)，條件字符數(shù)量必須大于3才生效。當(dāng)然，還是舉個(gè)栗子才有感覺：

+------------+--------------------------------------------+------------------+
| article_id | article_name                               | special_column   |
+------------+--------------------------------------------+------------------+
|          1 | MySQL架構(gòu)篇：自頂向下深入剖析MySQL整體架構(gòu) | 《全解MySQL》    |
|          2 | MySQL執(zhí)行篇：一條SQL語(yǔ)句從誕生至結(jié)束的歷程 | 《全解MySQL》    |
|          3 | MySQL設(shè)計(jì)篇：數(shù)據(jù)庫(kù)六范式與反范式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則！| 《全解MySQL》    |
|          4 | MySQL索引篇：索引概述、分類及建立索引的原則| 《全解MySQL》    |
+------------+--------------------------------------------+------------------+

比如現(xiàn)在用戶想要搜索一篇文章，但是忘記文章全稱了，只記得「誕生至結(jié)束」這個(gè)詞匯，此時(shí)用戶搜索這個(gè)詞匯，走全文索引的情況下，照樣能夠定位到上表中的第二條記錄。

當(dāng)然，全文索引如何創(chuàng)建與使用，待會(huì)兒后面一起列出來(lái)。

空間索引

? ?空間索引這玩意兒其實(shí)用的不多，至少大部分項(xiàng)目的業(yè)務(wù)中不會(huì)用到，想要弄清楚空間索引，那么首先得知道一個(gè)概念：GIS空間數(shù)據(jù)，GIS是什么意思呢？是地理信息系統(tǒng)，這是一門新的學(xué)科，基于了計(jì)算機(jī)、信息學(xué)、地理學(xué)等多科構(gòu)建的，主要就是用于管理地理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在國(guó)土、規(guī)劃、出行、配送、地圖等和地理有關(guān)的項(xiàng)目中，應(yīng)用較為頻繁。

地理空間數(shù)據(jù)主要包含矢量數(shù)據(jù)、3D模型、影像文件、坐標(biāo)數(shù)據(jù)等，說簡(jiǎn)單點(diǎn)，空間數(shù)據(jù)也就是可以將地理信息以模型的方式，在地圖上標(biāo)注出來(lái)。在MySQL中總共支持GEOMETRY、POINT、LINESTRING、POLYGON四種空間數(shù)據(jù)類型，而空間索引則是基于這些類型的字段建立的，也就是可以幫助我們快捷檢索空間數(shù)據(jù)。

不過對(duì)于空間索引，一般用的較少，大家了解即可。

2.4、存儲(chǔ)方式層次

? ?上面聊完了三種不同層次的索引劃分后，接著從存儲(chǔ)方式的層面再聊聊，從存儲(chǔ)方式來(lái)看，MySQL的索引主要可分為兩大類：

• 聚簇索引：也被稱為聚集索引、簇類索引
• 非聚簇索引：也叫非聚集索引、非簇類索引、二級(jí)索引、輔助索引、次級(jí)索引

重點(diǎn)說一說這兩類索引存儲(chǔ)方式的區(qū)別，在說之前先回憶一下數(shù)組和鏈表的區(qū)別：

• 數(shù)組是物理空間上的連續(xù)，存儲(chǔ)的所有元素都會(huì)按序存放在同一塊內(nèi)存區(qū)域中。
• 鏈表是邏輯上的連續(xù)，存儲(chǔ)的所有元素可能不在同一塊內(nèi)存，元素之間以指針連接。

為啥要說這個(gè)呢？因?yàn)榫鄞厮饕头蔷鄞厮饕膮^(qū)別也大致是相同的：

• 聚簇索引：邏輯上連續(xù)且物理空間上的連續(xù)。
• 非聚簇索引：邏輯上的連續(xù)，物理空間上不連續(xù)。

當(dāng)然，這里的連續(xù)和數(shù)組不同，因?yàn)樗饕蟛糠侄际鞘褂?code>B+Tree結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，所以在磁盤中數(shù)據(jù)是以樹結(jié)構(gòu)存放的，所以連續(xù)并不是指索引節(jié)點(diǎn)，而是指索引數(shù)據(jù)和表數(shù)據(jù)，也就是說聚簇索引中，索引數(shù)據(jù)和表數(shù)據(jù)在磁盤中的位置是一起的，而非聚簇索引則是分開的，索引節(jié)點(diǎn)和表數(shù)據(jù)之間，用物理地址的方式維護(hù)兩者的聯(lián)系。

不過一張表中只能存在一個(gè)聚簇索引，一般都會(huì)選用主鍵作為聚簇索引，其他字段上建立的索引都屬于非聚簇索引，或者稱之為輔助索引、次級(jí)索引。但也不要走進(jìn)一個(gè)誤區(qū)，雖然MySQL默認(rèn)會(huì)使用主鍵上建立的索引作為聚簇索引，但也可以指定其他字段上的索引為聚簇索引，一般聚簇索引要求索引必須是非空唯一索引才行。

其實(shí)就算表中沒有定義主鍵，InnoDB中會(huì)選擇一個(gè)唯一的非空索引作為聚簇索引，但如果非空唯一索引也不存在，InnoDB隱式定義一個(gè)主鍵來(lái)作為聚簇索引。

當(dāng)然，主鍵或者說聚簇索引，一般適合采用帶有自增性的順序值。

對(duì)于聚簇、非聚簇索引的區(qū)別、兩者的查找過程、隱式主鍵、為何主鍵適合自增值等這些問題，在后續(xù)的《索引原理篇》中會(huì)詳細(xì)講解。

2.5、索引分類小結(jié)

? ?至此，對(duì)于MySQL“多樣化”的索引機(jī)制，一大堆索引名詞，就已經(jīng)梳理清楚啦！相信到這里為止，大家也對(duì)MySQL的索引機(jī)制有了系統(tǒng)化的認(rèn)知，其實(shí)最開始給出的一大堆索引名詞，只是從不同角度劃分出來(lái)的，在上述中分別從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、字段數(shù)量、功能邏輯以及存儲(chǔ)方式多個(gè)層面進(jìn)行了描述。當(dāng)然，要牢記的是，以功能邏輯的層次來(lái)劃分索引，這也是最常用的方式。

三、MySQL其他索引的創(chuàng)建使用方式

? ?前面的案例中，聊到了咱們有三種方式創(chuàng)建索引，在創(chuàng)建時(shí)可通過INDEX、KEY兩個(gè)關(guān)鍵字創(chuàng)建，但這種方式建立的索引僅是普通索引，接著再來(lái)聊一聊MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)其他類型的索引該如何創(chuàng)建以及使用。

但不管是何種類型的索引，都可以通過前面聊到的三種方式創(chuàng)建。

3.1、唯一索引的創(chuàng)建與使用

? ?唯一索引在創(chuàng)建時(shí)，需要通過UNIQUE關(guān)鍵字創(chuàng)建：如下：

-- 方式①
CREATE UNIQUE INDEX indexName ON tableName (columnName(length));

-- 方式②
ALTER TABLE tableName ADD UNIQUE INDEX indexName(columnName);

-- 方式③
CREATE TABLE tableName(  
  columnName1 INT(8) NOT NULL,   
  columnName2 ....,
  .....,
  UNIQUE INDEX [indexName] (columnName(length))  
);

在已有的表基礎(chǔ)上創(chuàng)建唯一索引時(shí)要注意，如果選用的字段，表中字段的值存在相同值時(shí)，這時(shí)唯一索引是無(wú)法創(chuàng)建的，比如：

SELECT * FROM `zz_article`;
+------------+--------------------------+-------------------+
| article_id | article_name             | special_column    |
+------------+--------------------------+-------------------+
|          1 | MySQL架構(gòu)篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          2 | MySQL執(zhí)行篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          3 | MySQL設(shè)計(jì)篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          4 | MySQL索引篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          5 | MySQL索引篇：.......     | 《全解MySQL》     |
+------------+--------------------------+-------------------+

CREATE UNIQUE INDEX i_article_name ON zz_article (article_name);

比如上述文章表中，第4、5條數(shù)據(jù)是重復(fù)的，此時(shí)創(chuàng)建利用SQL語(yǔ)句創(chuàng)建唯一索引，就會(huì)拋出1062錯(cuò)誤碼：

ERROR 1062 (23000): Duplicate entry 'MySQL索引篇：.......' for key 'i_article_name'

在這種情況下，就只能先刪除重復(fù)數(shù)據(jù)，然后才能創(chuàng)建唯一索引成功。

同時(shí)，當(dāng)唯一索引創(chuàng)建成功后，它同時(shí)會(huì)對(duì)表具備唯一約束的作用，當(dāng)再使用INSERT語(yǔ)句插入相同值時(shí)，會(huì)同樣會(huì)拋出1062錯(cuò)誤碼：

INSERT INTO `zz_article` VALUES(6,"MySQL索引篇：.......","《全解MySQL》");

1062 - Duplicate entry 'MySQL索引篇：.......' for key 'i_article_name'

這里會(huì)提示你插入的哪個(gè)值，已經(jīng)在表中存在，因此無(wú)法插入當(dāng)前這條數(shù)據(jù)。

3.2、主鍵索引的創(chuàng)建與使用

? ?前面聊到過，主鍵索引其實(shí)是一種特殊的唯一索引，但主鍵索引卻并不是通過UNIQUE關(guān)鍵字創(chuàng)建的，而是通過PRIMARY關(guān)鍵字創(chuàng)建：

-- 方式①
ALTER TABLE tableName ADD PRIMARY KEY indexName(columnName);

-- 方式②
CREATE TABLE tableName(  
  columnName1 INT(8) NOT NULL,   
  columnName2 ....,
  .....,
  PRIMARY KEY [indexName] (columnName(length))  
);

在這里要注意：

• 創(chuàng)建主鍵索引時(shí)，必須要將索引字段先設(shè)為主鍵，否則會(huì)拋1068錯(cuò)誤碼。
• 這里也不能使用CREATE語(yǔ)句創(chuàng)建索引，否則會(huì)提示1064語(yǔ)法錯(cuò)誤。
• 同時(shí)創(chuàng)建索引時(shí)，關(guān)鍵字要換成KEY，并非INDEX，否則也會(huì)提示語(yǔ)法錯(cuò)誤。

還是以之前的文章表為例，如下：

-- 對(duì)非主鍵字段創(chuàng)建主鍵索引
ALTER TABLE zz_article ADD PRIMARY KEY i_special_column(special_column);
-- 報(bào)錯(cuò)信息如下：
1068 - Multiple primary key defined

-- 使用CREATE關(guān)鍵字創(chuàng)建主鍵索引
CREATE PRIMARY KEY i_article_id ON zz_article (article_id);
-- 報(bào)錯(cuò)信息如下：
1064 - You have an error in your SQL syntax; check....

-- 使用INDEX關(guān)鍵字創(chuàng)建索引
ALTER TABLE zz_article ADD PRIMARY INDEX i_article_id(article_id);
-- 報(bào)錯(cuò)信息如下：
1064 - You have an error in your SQL syntax; check....

-- 創(chuàng)建主鍵索引正確的方式
ALTER TABLE zz_article ADD PRIMARY KEY i_article_id(article_id);

當(dāng)然，一般主鍵索引都會(huì)在建表的DDL語(yǔ)句中創(chuàng)建，不會(huì)在表已經(jīng)建立后再創(chuàng)建。

但似乎無(wú)論在講普通索引，還是唯一索引、主鍵索引的時(shí)候，我們都沒有講如何使用這些創(chuàng)建好的索引查詢數(shù)據(jù)，其實(shí)這一點(diǎn)無(wú)需咱們考慮，參考之前《SQL執(zhí)行篇》中查詢語(yǔ)句的執(zhí)行流程，在一條SELECT語(yǔ)句來(lái)到MySQL時(shí)，會(huì)經(jīng)歷優(yōu)化器優(yōu)化的過程，而優(yōu)化器則會(huì)自動(dòng)幫咱們選擇一個(gè)最合適的索引查詢數(shù)據(jù)。當(dāng)然，前提是查詢條件中涉及到了索引字段才行。

前面也說過，你不想讓優(yōu)化器自動(dòng)選擇，也可以手動(dòng)通過FORCE INDEX關(guān)鍵字強(qiáng)制指定。

3.3、全文索引的創(chuàng)建與使用

? ?全文索引和其他索引不同，首先如果你想要?jiǎng)?chuàng)建全文索引，那么MySQL版本必須要在5.7及以上，同時(shí)使用時(shí)也需要手動(dòng)指定，一起來(lái)先看看如何創(chuàng)建全文索引，此時(shí)需要使用FULLTEXT關(guān)鍵字：

-- 方式①
ALTER TABLE tableName ADD FULLTEXT INDEX indexName(columnName);

-- 方式②
CREATE FULLTEXT INDEX indexName ON tableName(columnName);

不過在創(chuàng)建全文索引時(shí)，有三個(gè)注意點(diǎn)：

• 5.6版本的MySQL中，存儲(chǔ)引擎必須為MyISAM才能創(chuàng)建。
• 創(chuàng)建全文索引的字段，其類型必須要為CHAR、VARCHAR、TEXT等文本類型。
• 如果想要?jiǎng)?chuàng)建出的全文索引支持中文，需要在最后指定解析器：with parser ngram。

此時(shí)還依舊是以文章表為例，為文章名稱字段創(chuàng)建一個(gè)全文索引，命令如下：

ALTER TABLE 
    zz_article ADD 
FULLTEXT INDEX 
    ft_article_name(article_name) 
WITH PARSER NGRAM;

創(chuàng)建好全文索引后，當(dāng)你想要使用全文索引時(shí)，優(yōu)化器這時(shí)不能自動(dòng)選擇，因?yàn)槿乃饕凶约旱恼Z(yǔ)法，但在了解如何使用之前，得先清楚兩個(gè)概念：最小搜索長(zhǎng)度和最大搜索長(zhǎng)度，先來(lái)看看全文索引的一些參數(shù)，可通過show variables like '%ft%';命令查詢，如下：
[圖片上傳失敗...(image-d00ebc-1670662044138)]
多余的參數(shù)就不介紹了，重點(diǎn)講一下其中的幾個(gè)重要參數(shù)：

• ft_min_word_len：使用MyISAM引擎的表中，全文索引最小搜索長(zhǎng)度。
• ft_max_word_len：使用MyISAM引擎的表中，全文索引最大搜索長(zhǎng)度。
• ft_query_expansion_limit：MyISAM中使用with query expansion搜索的最大匹配數(shù)。
• innodb_ft_min_token_size：InnoDB引擎的表中，全文索引最小搜索長(zhǎng)度。
• innodb_ft_max_token_size：InnoDB引擎的表中，全文索引最大搜索長(zhǎng)度。

那么究竟做最小搜索長(zhǎng)度、最大搜索長(zhǎng)度的作用是什么呢？其實(shí)這個(gè)是一個(gè)限制，對(duì)于長(zhǎng)度小于最小搜索長(zhǎng)度和大于最大搜索長(zhǎng)度的詞語(yǔ)，都無(wú)法觸發(fā)全文索引。也就是說，如果想要使用全文索引對(duì)一個(gè)詞語(yǔ)進(jìn)行搜索，那這個(gè)詞語(yǔ)的長(zhǎng)度必須在這兩個(gè)值之間。

其實(shí)這兩個(gè)值自己可以手動(dòng)調(diào)整的，最小值可以手動(dòng)調(diào)整為1，MyISAM引擎的最大值可以調(diào)整為3600，但InnoDB引擎最大似乎就是84。

OK~，了解全文索引中的一些概念后，接下來(lái)看看如何使用全文索引，全文索引中有兩個(gè)專門用于檢索的關(guān)鍵字，即MATCH(column)、AGAINST(關(guān)鍵字)，同時(shí)這兩個(gè)檢索函數(shù)也支持三種搜索模式：

• 自然語(yǔ)言模式(默認(rèn)搜索模式)
• 布爾搜索模式
• 查詢拓展搜索

MATCH()主要是負(fù)責(zé)指定要搜索的列，這里要指定創(chuàng)建全文索引的字段，AGAINST()則指定要搜索的關(guān)鍵字，也就是要搜索的詞語(yǔ)，接下來(lái)簡(jiǎn)單的講一下三種搜索模式。

自然語(yǔ)言模式

這種模式也是在使用全文索引時(shí)，默認(rèn)的搜索模式，使用方法如下：

+------------+--------------------------+-------------------+
| article_id | article_name             | special_column    |
+------------+--------------------------+-------------------+
|          1 | MySQL架構(gòu)篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          2 | MySQL執(zhí)行篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          3 | MySQL設(shè)計(jì)篇：.......     | 《全解MySQL》     |
|          4 | MySQL索引篇：.......     | 《全解MySQL》     |
+------------+--------------------------+-------------------+

SELECT 
    COUNT(article_id) AS '搜索結(jié)果數(shù)量' 
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('MySQL');

-- 運(yùn)行結(jié)果如下：
+--------------+
| 搜索結(jié)果數(shù)量 |
+--------------+
|           4 |
+--------------+

一眼看過去，SQL就能看懂，畢竟都可以排版了一下SQL，不過多介紹了。唯一要注意的是，如果給定的關(guān)鍵詞長(zhǎng)度小于默認(rèn)的最小搜索長(zhǎng)度，那是無(wú)法使用全文索引的，比如下述這條SQL就不會(huì)觸發(fā)：

SELECT 
    COUNT(article_id) AS '搜索結(jié)果數(shù)量' 
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('M');

布爾搜索模式

布爾搜索模式有些特殊，因?yàn)樵谶@種搜索模式中，還需要掌握特定的搜索語(yǔ)法：

• +：表示必須匹配的行數(shù)據(jù)必須要包含相應(yīng)關(guān)鍵字。
• -：和上面的+相反，表示匹配的數(shù)據(jù)不能包含相應(yīng)的關(guān)鍵字。
• >：提升指定關(guān)鍵字的相關(guān)性，在查詢結(jié)果中靠前顯示。
• <：降低指定關(guān)鍵字的相關(guān)性，在查詢結(jié)果中靠后顯示。
• ~：表示允許出現(xiàn)指定關(guān)鍵字，但出現(xiàn)時(shí)相關(guān)性為負(fù)。
• *：表示以該關(guān)鍵字開頭的詞語(yǔ)，如A*，可以匹配A、AB、ABC....
• ""：雙引號(hào)中的關(guān)鍵字作為整體，檢索時(shí)不允許再分詞。
• "X Y"@n：""包含的多個(gè)詞語(yǔ)之間的距離必須要在n之間，單位-字節(jié)，如：
  • 竹子 熊貓@10：表示竹子和熊貓兩個(gè)詞語(yǔ)之間的距離要在10字節(jié)內(nèi)。
• .......

舉個(gè)幾個(gè)例子使用一下，如下：

-- 查詢文章名中包含 [MySQL] 但不包含 [設(shè)計(jì)] 的數(shù)據(jù)
SELECT 
    *
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('+MySQL -設(shè)計(jì)' IN BOOLEAN MODE);

-- 查詢文章名中包含 [MySQL] 和 [篇] 的數(shù)據(jù)，但兩者間的距離不能超過10字節(jié)
SELECT 
    *
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('"MySQL 篇"@10' IN BOOLEAN MODE);
    
-- 查詢文章名中包含[MySQL] 的數(shù)據(jù)，
--    但包含 [執(zhí)行] 關(guān)鍵字的行相關(guān)性要高于包含 [索引] 關(guān)鍵字的行數(shù)據(jù)
SELECT 
    *
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('+MySQL +(>執(zhí)行 <索引)' IN BOOLEAN MODE);

-- 查詢文章名中包含 [MySQL] 的數(shù)據(jù)，但包含 [設(shè)計(jì)] 時(shí)則將相關(guān)性降為負(fù)
SELECT 
    *
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('+MySQL ~設(shè)計(jì)' IN BOOLEAN MODE);

-- 查詢文章名中包含 [執(zhí)行] 關(guān)鍵字的行數(shù)據(jù)
SELECT 
    *
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('執(zhí)行*' IN BOOLEAN MODE);

-- 查詢文章名中必須要包含 [MySQL架構(gòu)篇] 關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)
SELECT 
    *
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('"MySQL架構(gòu)篇"' IN BOOLEAN MODE);

同樣的，上述的SQL語(yǔ)句應(yīng)該都能看明白，最后的IN BOOLEAN MODE表示使用布爾搜索模式，除此外，大家唯一疑惑的就在于：相關(guān)性這個(gè)詞，其實(shí)這個(gè)詞也不難理解，就是檢索數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)順序，當(dāng)相關(guān)性越高，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)在結(jié)果中越靠前，當(dāng)相關(guān)性為負(fù)，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)排到最后。

查詢拓展搜索

查詢拓展搜索其實(shí)是對(duì)自然語(yǔ)言搜索模式的拓展，比如舉個(gè)例子：

SELECT 
    COUNT(article_id) AS '搜索結(jié)果數(shù)量' 
FROM 
    `zz_article` 
WHERE 
    MATCH(article_name) AGAINST('MySQL' WITH QUERY EXPANSION);

在自然語(yǔ)言模式的查詢語(yǔ)句基礎(chǔ)上，最后面多加一個(gè)WITH QUERY EXPANSION表示使用查詢拓展搜索，這種模式下會(huì)比自然語(yǔ)言模式多一次檢索過程，比如上述的例子中：

• 首先會(huì)根據(jù)指定的關(guān)鍵字MySQL進(jìn)行一次全文檢索。
• 然后第二階段還會(huì)對(duì)指定的關(guān)鍵進(jìn)行分詞，然后再進(jìn)行一次全文檢索。

之前介紹全文索引參數(shù)時(shí)，也列出來(lái)了一個(gè)名為ft_query_expansion_limit的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是控制拓展搜索時(shí)的拓展行數(shù)的，最大可以調(diào)整到1000。但由于Query Expansion的全文檢索可能帶來(lái)許多非相關(guān)性的查詢結(jié)果，因此在實(shí)際情況中要慎用！！！

實(shí)際上，全文索引引入MySQL后，可以用它代替之前的like%模糊查詢，效率會(huì)更高。

3.4、空間索引的創(chuàng)建與使用

? ?空間索引這玩意兒實(shí)際上很多項(xiàng)目不會(huì)用到，我用的次數(shù)也不多，但如果你要用到這個(gè)索引，那可以通過SPATIAL關(guān)鍵字創(chuàng)建，如下：

ALTER TABLE tableName ADD SPATIAL KEY indexName(columnName);

但在創(chuàng)建空間索引的時(shí)候，有幾個(gè)注意點(diǎn)需要牢記：

• 目前MySQL常用引擎中，僅有MyISAM支持空間索引，所以表引擎必須要為它。
• 空間索引必須要建立在類型為GEOMETRY、POINT、LINESTRING、POLYGON的字段上。

這個(gè)用的較少，就不展開細(xì)聊了~

3.5、聯(lián)合索引的創(chuàng)建與使用

? ?聯(lián)合索引呢，實(shí)際上并不是一種邏輯索引分類，它是索引的一種特殊結(jié)構(gòu)，前面給出的所有案例中，都僅僅是在單個(gè)字段的基礎(chǔ)上建立索引，而聯(lián)合索引的意思是可以使用多個(gè)字段建立索引。那該如何創(chuàng)建聯(lián)合索引呢，不需要特殊的關(guān)鍵字，方法如下：

CREATE INDEX indexName ON tableName (column1(length),column2...);
ALTER TABLE tableName ADD INDEX indexName(column1(length),column2...);

• 你可以使用INDEX關(guān)鍵字，讓多個(gè)列組成一個(gè)普通聯(lián)合索引
• 也可以使用UNIQUE INDEX關(guān)鍵字，讓多個(gè)列組成一個(gè)唯一聯(lián)合索引
• 甚至還可以使用FULLTEXT INDEX關(guān)鍵字，讓多個(gè)列組成一個(gè)全文聯(lián)合索引
• .......

但是前面也提過，SELECT語(yǔ)句的查詢條件中，必須包含組成聯(lián)合索引的第一個(gè)字段，此時(shí)才會(huì)觸發(fā)聯(lián)合索引，否則是無(wú)法使用聯(lián)合索引的。

四、索引初識(shí)篇總結(jié)

? ?OK~，在本篇中就對(duì)MySQL的索引機(jī)制有了全面認(rèn)知，從索引的由來(lái)，到索引概述、索引管理、索引分類、唯一/全文/聯(lián)合/空間索引的創(chuàng)建與使用等內(nèi)容，進(jìn)行了全面概述，相信本章看下來(lái)，足夠讓你對(duì)MySQL索引機(jī)制有一個(gè)系統(tǒng)化的體系，那么我們下篇再見。