MySQL索引之哈希索引

0x00.About

索引（Index）是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。提取句子主干，就可以得到索引的本质：索引是数据结构。

从MySQL逻辑架构来看，MySQL有三层架构，第一层连接，第二层查询解析、分析、优化、视图、缓存，第三层，存储引擎。

索引通过分开查询片，节省了扫描查找时间，大大提升查询效率。

大部分数据库系统及文件系统都采用B-Tree或其变种B+Tree作为索引结构。

索引主要在存储引擎层上，不同的引擎也就有不同的B-Tree算法。

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0x01.Hash Index

哈希索引只有Memory, NDB两种引擎支持，Memory引擎默认支持哈希索引，如果多个hash值相同，出现哈希碰撞，那么索引以链表方式存储。

但是，Memory引擎表只对能够适合机器的内存切实有限的数据集。

要使InnoDB或MyISAM支持哈希索引，可以通过伪哈希索引来实现，叫自适应哈希索引。

主要通过增加一个字段，存储hash值，将hash值建立索引，在插入和更新的时候，建立触发器，自动添加计算后的hash到表里。

直接索引

假如有一个非常非常大的表，如下：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `User` (
  `id` int(10) NOT NULL COMMENT '自增id',
  `name` varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
  `email` varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户邮箱',
  `pass` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户密码',
  `last` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '最后登录时间',
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

这个时候，比如说，用户登陆，我需要通过email检索出用户，通过explain得到如下：

mysql> explain SELECT id FROM User WHERE email = '[e-mail]' LIMIT 1;

+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | Extra       |
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | User  | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 384742 | Using where |
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+

发现 rows = 384742 也就是要在384742里面进行比对email这个字段的字符串。

这条记录运行的时间是：Query took 0.1744 seconds，数据库的大小是40万。

从上面可以说明，如果直接在email上面建立索引，除了索引区间匹配，还要进行字符串匹配比对，email短还好，如果长的话这个查询代价就比较大。

如果这个时候，在email上建立哈希索引，查询以int查询，性能就比字符串比对查询快多了。

Hash 算法

建立哈希索引，先选定哈希算法，这里选用CRC32。

《高性能MySQL》说到的方法CRC32算法，建立SHA或MD5算法是划算的，本身位数都有可能比email段长了。

INSERT UPDATE SELECT 操作

在表中添加hash值的字段：

mysql> ALTER TABLE User ADD COLUMN email_hash int unsigned NOT NULL DEFAULT 0;

接下来就是在UPDATE和INSERT的时候，自动更新 email_hash 字段，通过MySQL触发器实现：

DELIMITER |
CREATE TRIGGER user_hash_insert BEFORE INSERT ON `User` FOR EACH ROW BEGIN
SET NEW.email_hash=crc32(NEW.email);
END;
|
CREATE TRIGGER user_hash_update BEFORE UPDATE ON `User` FOR EACH ROW BEGIN
SET NEW.email_hash=crc32(NEW.email);
END;
|
DELIMITER ;

这样的话，我们的SELECT请求就会变成这样：

mysql> SELECT email, email_hash FROM User WHERE email_hash = CRC32("[e-mail]") AND email = "[e-mail]";

+----------------------------+------------+
| email                      | email_hash |
+----------------------------+------------+
| [e-mail] | 2765311122 |
+----------------------------+------------+

在没建立hash索引时候，请求时间是 0.2374 seconds，建立完索引后，请求时间直接变成 0.0003 seconds。

AND email = "[e-mail]" 是为了防止哈希碰撞导致数据不准确。

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0x02.Hash Index 缺点

哈希索引也有几个缺点：

• 索引存放的是hash值,所以仅支持 < = > 以及 IN 操作

• hash索引无法通过操作索引来排序，因为存放的时候经过hash计算，但是计算的hash值和存放的不一定相等，所以无法排序

• 不能避免全表扫描，只是由于在memory表里支持非唯一值hash索引，就是不同的索引键，可能存在相同的hash值

• 如果哈希碰撞很多的话，性能也会变得很差

• 哈希索引无法被用来避免数据的排序操作

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参考：

1] Baron Scbwartz等 著，王小东等 译；[高性能MySQL（High Performance MySQL）；电子工业出版社，2010

2] [《MySQL的B-Tree索引和Hash索引的区别》

3] [《mysql 索引优化 btree hash rtree》

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-by小草

2015-09-13 16:27:10