MySQL没有索引,可能会有以下问题:
查询速度慢
:没有索引,MySQL需要扫描全表来找到匹配的记录,这会消耗大量的时间和资源。更新效率低
:没有索引,MySQL需要锁定更多的行来保证数据的一致性,这会影响并发性能和事务处理。空间浪费
:没有索引,MySQL无法利用索引优化存储空间,导致数据文件过大和碎片化。但是天下没有免费的午餐,查询速度的提高是以插入、更新、删除的速度为代价的,这些写操作,增加了大量的IO。所以它的价值,在于提高一个海量数据的检索速度
。
常见索引分为:
案例:先整一个海量表,在查询的时候,看看没有索引时有什么问题
?
--构建一个8000000条记录的数据
--构建的海量表数据需要有差异性,所以使用存储过程来创建, 拷贝下面代码就可以了,暂时不用理解
-- 产生随机字符串
delimiter $$
create function rand_string(n INT)
returns varchar(255)
begin
declare chars_str varchar(100) default
'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFJHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
declare return_str varchar(255) default '';
declare i int default 0;
while i < n do
set return_str =concat(return_str,substring(chars_str,floor(1+rand()*52),1));
set i = i + 1;
end while;
return return_str;
end $$
delimiter ;
--产生随机数字
delimiter $$
create function rand_num()
returns int(5)
begin
declare i int default 0;
set i = floor(10+rand()*500);
return i;
end $$
delimiter ;
--创建存储过程,向雇员表添加海量数据
delimiter $$
create procedure insert_emp(in start int(10),in max_num int(10))
begin
declare i int default 0;
set autocommit = 0;
repeat
set i = i + 1;
insert into EMP values ((start+i)
,rand_string(6),'SALESMAN',0001,curdate(),2000,400,rand_num());
until i = max_num
end repeat;
commit;
end $$
delimiter ;
-- 执行存储过程,添加8000000条记录
call insert_emp(100001, 8000000);
到此,已经创建出了海量数据的表了。
查询员工编号为998877的员工
select * from EMP where empno=998877;
可以看到耗时4.93秒,这还是在本机一个人来操作,在实际项目中,如果放在公网中,假如同时有
1000个人并发查询,那很可能就死机。
alter table EMP add index(empno);
换一个员工编号,测试看看查询时间
select * from EMP where empno=123456;
MySQL 给用户提供存储服务,而存储的都是数据,数据在磁盘这个外设当中。磁盘是计算机中的一个机械设备,相比于计算机其他电子元件,磁盘效率是比较低的,在加上IO本身的特征,可以知道,如何提交效率,是 MySQL 的一个重要话题。
扇区
数据库文件,本质其实就是保存在磁盘的盘片当中。也就是上面的一个个小格子中,就是我们经常所说的扇区。当然,数据库文件很大,也很多,一定需要占据多个扇区。
题外话:
我们在使用Linux,所看到的大部分目录或者文件,其实就是保存在硬盘当中的
。(当然,有一些内存文件系统,如: proc , sys 之类,我们不考虑)
#数据库文件,本质其实就是保存在磁盘的盘片当中,就是一个一个的文件
ls /var/lib/mysql -l #我们目前MySQL中的文件
所以,最基本的,找到一个文件的全部,本质,就是在磁盘找到所有保存文件的扇区。而我们能够定位任何一个扇区,那么便能找到所有扇区,因为查找方式是一样的。
定位扇区
结论
我们现在已经能够在硬件层面定位,任何一个基本数据块了(扇区)。那么在系统软件上,就直接按照扇区(512字节,部分4096字节),进行IO交互吗?不是
故,系统读取磁盘,是以块为单位的,基本单位是 4KB 。
随机访问:本次IO所给出的扇区地址和上次IO给出扇区地址不连续,这样的话磁头在两次IO操作之间需要作比较大的移动动作才能重新开始读/写数据。
连续访问:如果当次IO给出的扇区地址与上次IO结束的扇区地址是连续的,那磁头就能很快的开始这次IO操作,这样的多个IO操作称为连续访问。
因此尽管相邻的两次IO操作在同一时刻发出,但如果它们的请求的扇区地址相差很大的话也只能称为随机访问,而非连续访问。
磁盘是通过机械运动进行寻址的,随机访问不需要过多的定位,故效率比较高。
而 MySQL 作为一款应用软件,可以想象成一种特殊的文件系统。它有着更高的IO场景,所以,为了提高基本的IO效率, MySQL 进行IO的基本单位是 16KB (后面统一使用 InnoDB 存储引擎讲解)
mysql> SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_page_size';
也就是说,磁盘这个硬件设备的基本单位是 512 字节,而 MySQL InnoDB引擎 使用 16KB 进行IO交互。即, MySQL 和磁盘进行数据交互的基本单位是 16KB
。这个基本数据单元,在 MySQL 这里叫做page(注意和系统的page区分)
IO的基本单位就是Page
。create table if not exists user (
id int primary key, --一定要添加主键哦,只有这样才会默认生成主键索引
age int not null,
name varchar(16) not null
);
mysql> show create table user \G
*************************** 1. row ***************************
Table: user
Create Table: CREATE TABLE `user` (
`id` int(11) NOT NULL,
`age` int(11) NOT NULL,
`name` varchar(16) NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 --默认就是InnoDB存储引擎
1 row in set (0.00 sec)
--插入多条记录,注意,我们并没有按照主键的大小顺序插入哦
mysql> insert into user (id, age, name) values(3, 18, '杨过');
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
mysql> insert into user (id, age, name) values(4, 16, '小龙女');
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> insert into user (id, age, name) values(2, 26, '黄蓉');
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
mysql> insert into user (id, age, name) values(5, 36, '郭靖');
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> insert into user (id, age, name) values(1, 56, '欧阳锋');
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
–发现竟然默认是有序的!是谁干的呢?排序有什么好处呢?
为何MySQL和磁盘进行IO交互的时候,要采用Page的方案进行交互呢?用多少,加载多少不香吗?
如上面的5条记录,如果MySQL要查找id=2的记录,第一次加载id=1,第二次加载id=2,一次一条记录,那
么就需要2次IO。如果要找id=5,那么就需要5次IO。但,如果这5条(或者更多)都被保存在一个Page中(16KB,能保存很多记录),那么第一次IO查找id=2的时候,整个Page会被加载到MySQL的Buffer Pool中,这里完成了一次IO。但是往后如果在查找id=1,3,4,5等,完全不需要进行IO了,而是直接在内存中进行了。所以,就在单Page里面,大大减少了IO的次数。你怎么保证,用户一定下次找的数据,就在这个Page里面?我们不能严格保证,但是有很大概率,因为有局部性原理
。往往IO效率低下的最主要矛盾不是IO单次数据量的大小,而是IO的次数。
MySQL 中要管理很多数据表文件,而要管理好这些文件,就需要 先描述,在组织 ,我们目前可以简单理解成一个个独立文件是有一个或者多个Page构成的
。
不同的 Page ,在 MySQL 中,都是 16KB
,使用 prev 和 next 构成双向链表。
因为有主键的问题, MySQL 会默认按照主键给我们的数据进行排序,从上面的Page内数据记录可以看出,数据是有序且彼此关联的。
为什么数据库在插入数据时要对其进行排序呢?我们按正常顺序插入数据不是也挺好的吗?
插入数据时排序的目的,就是优化查询的效率。
页内部存放数据的模块,实质上也是一个链表的结构,链表的特点也就是增删快,查询修改慢,所以优化查询
的效率是必须的。
正式因为有序,在查找的时候,从头到后都是有效查找,没有任何一个查找是浪费的,而且,如果运气好,是
可以提前结束查找过程的。
理解多个Page
我们在看《谭浩强C程序设计》这本书的时候,如果我们要看<指针章节>,找到该章节有两种做法。
空间换时间的做法
”针对上面的单页Page,我们能否也引入目录呢?当然可以
那么当前,在一个Page内部,我们引入了目录。比如,我们要查找id=4记录,之前必须线性遍历4次,才能拿到结果。现在直接通过目录2[3],直接进行定位新的起始位置,提高了效率。现在我们可以再次正式回答上面的问题了,为何通过键值 MySQL 会自动排序?
MySQL 中每一页的大小只有 16KB ,单个Page大小固定,所以随着数据量不断增大, 16KB 不可能存下所有的数据,那么必定会有多个页来存储数据
。
在单表数据不断被插入的情况下, MySQL 会在容量不足的时候,自动开辟新的Page来保存新的数据,然后通过指针的方式,将所有的Page组织起来。
需要注意,上面的图,是理想结构,大家也知道,目前要保证整体有序,那么新插入的数据,不一定会在新Page上面,这里仅仅做演示。
这样,我们就可以通过多个Page遍历,Page内部通过目录来快速定位数据。可是,貌似这样也有效率问题,在Page之间,也是需要 MySQL 遍历的,遍历意味着依旧需要进行大量的IO,将下一个Page加载到内存,进行线性检测。这样就显得我们之前的Page内部的目录,有点杯水车薪了。
那么如何解决呢?解决方案,其实就是我们之前的思路,给Page也带上目录
。
存在一个目录页来管理页目录,目录页中的数据存放的就是指向的那一页中最小的数据。有数据,就可通过比较,找到该访问那个Page,进而通过指针,找到下一个Page。
其实目录页的本质也是页,普通页中存的数据是用户数据,而目录页中存的数据是普通页的地址。
可是,我们每次检索数据的时候,该从哪里开始呢?虽然顶层的目录页少了,但是还要遍历啊?不用担心,可以在加目录页
这货就是传说中的B+树
啊!没错,至此,我们已经给我们的表user构建完了主键索引。
随便找一个id=?我们发现,现在查找的Page数一定减少了,也就意味着IO次数减少了,那么效率也就提高了。
B+ vs B
B树
B+树
上面的图,是在网上找的,大家也可以搜一下。
目前这两棵树,对我们最有意义的区别是:
为何选择B+
MyISAM 存储引擎-主键索引
MyISAM 引擎同样使用B+树作为索引结果,叶节点的data域存放的是数据记录的地址。下图为 MyISAM表的主索引, Col1 为主键。
其中, MyISAM 最大的特点是,将索引Page和数据Page分离,也就是叶子节点没有数据,只有对应数据的地址。
相较于 InnoDB 索引, InnoDB 是将索引和数据放在一起的。
--终端A
mysql> create database myisam_test; --创建数据库
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> use myisam_test;
Database changed
mysql> create table mtest(
-> id int primary key,
-> name varchar(11) not null
-> )engine=MyISAM; --使用engine=MyISAM
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
--终端B
[root@VM-0-3-centos mysql]# ls myisam_test/ -al --mysql数据目录下
total 28
drwxr-x--- 2 mysql mysql 4096 Jun 13 13:33 .
drwxr-x--x 13 mysql mysql 4096 Jun 13 13:32 ..
-rw-r----- 1 mysql mysql 61 Jun 13 13:32 db.opt
-rw-r----- 1 mysql mysql 8586 Jun 13 13:33 mtest.frm --表结构数据
-rw-r----- 1 mysql mysql 0 Jun 13 13:33 mtest.MYD --该表对应的数据,当前没有数
据,所以是0
-rw-r----- 1 mysql mysql 1024 Jun 13 13:33 mtest.MYI --该表对应的主键索引数据
其中, MyISAM 这种用户数据与索引数据分离的索引方案,叫做非聚簇索引.
--终端A
mysql> create database innodb_test; --创建数据库
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> use innodb_test;
Database changed
mysql> create table itest(
-> id int primary key,
-> name varchar(11) not null
-> )engine=InnoDB; --使用engine=InnoDB
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)
--终端B
[root@VM-0-3-centos mysql]# ls innodb_test/ -al
total 120
drwxr-x--- 2 mysql mysql 4096 Jun 13 13:39 .
drwxr-x--x 14 mysql mysql 4096 Jun 13 13:38 ..
-rw-r----- 1 mysql mysql 61 Jun 13 13:38 db.opt
-rw-r----- 1 mysql mysql 8586 Jun 13 13:39 itest.frm --表结构数据
-rw-r----- 1 mysql mysql 98304 Jun 13 13:39 itest.ibd --该表对应的主键索引和用户
数据,虽然现在一行数据没有,但是该表并不为0,因为有主键索引数据
其中, InnoDB 这种用户数据与索引数据在一起索引方案,叫做聚簇索引
当然, MySQL 除了默认会建立主键索引外,我们用户也有可能建立按照其他列信息建立的索引,一般这
种索引可以叫做辅助(普通)索引。
对于 MyISAM ,建立辅助(普通)索引和主键索引没有差别,无非就是主键不能重复,而非主键可重复。
下图就是基于 MyISAM 的 Col2 建立的索引,和主键索引没有差别。
同样, InnoDB 除了主键索引,用户也会建立辅助(普通)索引,我们以上表中的 Col3 建立对应的辅助索引如下图:
可以看到, InnoDB 的非主键索引中叶子节点并没有数据,而只有对应记录的key值。
所以通过辅助(普通)索引,找到目标记录,需要两遍索引:首先检索辅助索引获得主键,然后用主键
到主索引中检索获得记录。这种过程,就叫做回表查询
为何 InnoDB 针对这种辅助(普通)索引的场景,不给叶子节点也附上数据呢?原因就是太浪费空间
了。
总结:
如何理解硬盘
如何理解柱面,磁道,扇区,磁头
InnoDB 主键索引和普通索引
MyISAM 主键索引和普通索引
其他数据结构为何不能作为索引结构,尤其是B+和B
聚簇索引 VS 非聚簇索引
-- 在创建表的时候,直接在字段名后指定 primary key
create table user1(id int primary key, name varchar(30));
-- 在创建表的最后,指定某列或某几列为主键索引
create table user2(id int, name varchar(30), primary key(id));
create table user3(id int, name varchar(30));
-- 创建表以后再添加主键
alter table user3 add primary key(id);
主键索引的特点:
唯一索引的创建:
-- 在表定义时,在某列后直接指定unique唯一属性。
create table user4(id int primary key, name varchar(30) unique);
-- 创建表时,在表的后面指定某列或某几列为unique
create table user5(id int primary key, name varchar(30), unique(name));
create table user6(id int primary key, name varchar(30));
alter table user6 add unique(name);
唯一索引的特点:
普通索引的创建
create table user8(id int primary key,
name varchar(20),
email varchar(30),
index(name) --在表的定义最后,指定某列为索引
);
create table user9(id int primary key, name varchar(20), email
varchar(30));
alter table user9 add index(name); --创建完表以后指定某列为普通索引
create table user10(id int primary key, name varchar(20), email
varchar(30));
-- 创建一个索引名为 idx_name 的索引
create index idx_name on user10(name);
普通索引的特点:
全文索引的创建
当对文章字段或有大量文字的字段进行检索时,会使用到全文索引。MySQL提供全文索引机制,但是有
要求,要求表的存储引擎必须是MyISAM,而且默认的全文索引支持英文,不支持中文。如果对中文进
行全文检索,可以使用sphinx的中文版(coreseek)。
CREATE TABLE articles (
id INT UNSIGNED AUTO_INCREMENT NOT NULL PRIMARY KEY,
title VARCHAR(200),
body TEXT,
FULLTEXT (title,body)
)engine=MyISAM;
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 ...');
查询有没有database数据
如果使用如下查询方式,虽然查询出数据,但是没有使用到全文索引;
可以用explain工具看一下,是否使用到索引。
mysql> explain select * from articles where body like '%database%'\G
*************************** 1. row ***************************
id: 1
select_type: SIMPLE
table: articles
type: ALL
possible_keys: NULL
key: NULL <== key为null表示没有用到索引
key_len: NULL
ref: NULL
rows: 6
Extra: Using where
1 row in set (0.00 sec)
mysql> SELECT * FROM articles
-> WHERE MATCH (title,body) AGAINST ('database');
+----+-------------------+------------------------------------------+
| id | title | body |
+----+-------------------+------------------------------------------+
| 5 | MySQL vs. YourSQL | In the following database comparison ... |
| 1 | MySQL Tutorial | DBMS stands for DataBase ... |
+----+-------------------+------------------------------------------+
通过explain来分析这个sql语句
mysql> explain SELECT * FROM articles WHERE MATCH (title,body) AGAINST
('database')\G
*************************** 1. row ***************************
id: 1
select_type: SIMPLE
table: articles
type: fulltext
possible_keys: title
key: title <= key用到了title
key_len: 0
ref:
rows: 1
Extra: Using where
查询索引
mysql> show keys from goods\G
*********** 1. row ***********
Table: goods <= 表名
Non_unique: 0 <= 0表示唯一索引
Key_name: PRIMARY <= 主键索引
Seq_in_index: 1
Column_name: goods_id <= 索引在哪列
Collation: A
Cardinality: 0
Sub_part: NULL
Packed: NULL
Null:
Index_type: BTREE <= 以二叉树形式的索引
Comment:
1 row in set (0.00 sec)
删除索引
alter table 表名 drop primary key;
索引创建原则
其他概念–自行了解: