MySQL索引原理二 索引原理

Thresh

索引是物理数据页存储，在数据文件中（InnoDB，ibd文件），利用数据页(page)存储。
索引可以加快检索速度，但是同时也会降低增删改操作速度，索引维护需要代价。

索引涉及的理论知识：二分查找法、Hash和B+Tree。

二分查找法

二分查找法也叫作折半查找法，它是在有序数组中查找指定数据的搜索算法。

优点是等值查询、范围查询性能优秀
缺点是更新数据、新增数据、删除数据维护成本高。

• 首先定位left和right两个指针
• 计算(left+right)/2
• 判断除2后索引位置值与目标值的大小比对
• 索引位置值大于目标值就-1，right移动；如果小于目标值就+1，left移动

 public static int binarySearch(int key, int... array) {
        int low = 0;
        int high = array.length - 1;
        while (low <= high) {
            int mid = low + (high - low) / 2;
            if (key < array[mid]) {
                high = mid - 1;
            } else if (key > array[mid]) {
                low = mid + 1;
            } else {
                return mid;
            }
        }
        return -1;
    }

Hash结构

Hash底层实现是由Hash表来实现的，是根据键值 <key,value> 存储数据的结构。
非常适合根据key查找value值，也就是单个key查询，或者说等值查询。

Hash索引可以方便的提供等值查询，但是对于范围查询就需要全表扫描了。

Hash索引在MySQL中Hash结构主要应用在Memory(存储引擎 基于内存 很少用)原生的Hash索引 、InnoDB 自适应哈希索引。

InnoDB自适应哈希索引是为了提升查询效率，InnoDB存储引擎会监控表上各个索引页的查询，当InnoDB注意到某些索引值访问非常频繁时，会在内存中基于B+Tree索引再创建一个哈希索引，使得内存中的 B+Tree 索引具备哈希索引的功能，即能够快速定值访问频繁访问的索引页。

InnoDB自适应哈希索引：在使用Hash索引访问时，一次性查找就能定位数据，等值查询效率要优于B+Tree。

自适应哈希索引的建立使得InnoDB存储引擎能自动根据索引页访问的频率和模式自动地为某些热点页建立哈希索引来加速访问。
另外InnoDB自适应哈希索引的功能，用户只能选择开启或关闭功能，无法进行人工干涉。

show engine innodb status \G; 
show variables like '%innodb_adaptive%';

B+Tree结构

MySQL数据库索引采用的是B+Tree结构，在B-Tree结构上做了优化改造

B-Tree结构

• 索引值和data数据分布在整棵树结构中
• 每个节点可以存放多个索引值及对应的data数据
• 树节点中的多个索引值从左到右升序排列

B树的搜索：从根节点开始，对节点内的索引值序列采用二分法查找，如果命中就结束查找。没有命中会进入子节点重复查找过程，直到所对应的的节点指针为空，或已经是叶子节点了才结束。

B+Tree结构

• 非叶子节点不存储data数据，只存储索引值，这样便于存储更多的索引值
• 叶子节点包含了所有的索引值和data数据
• 叶子节点用指针连接，提高区间的访问性能

相比B树，B+树进行范围查找时，只需要查找定位两个节点的索引值，然后利用叶子节点的指针进行遍历即可。而B树需要遍历范围内所有的节点和数据，显然B+Tree效率高。

聚簇索引和辅助索引

聚簇索引和非聚簇索引：B+Tree的叶子节点存放主键索引值和行记录就属于聚簇索引；如果索引值和行记录分开存放就属于非聚簇索引。

主键索引和辅助索引：B+Tree的叶子节点存放的是主键字段值就属于主键索引；如果存放的是非主键值就属于辅助索引（二级索引）。

在InnoDB引擎中，主键索引采用的就是聚簇索引结构存储。

聚簇索引（聚集索引）
聚簇索引是一种数据存储方式，InnoDB的聚簇索引就是按照主键顺序构建 B+Tree结构。B+Tree的叶子节点就是行记录，行记录和主键值紧凑地存储在一起。 这也意味着 InnoDB 的主键索引就是数据表本身，它按主键顺序存放了整张表的数据，占用的空间就是整个表数据量的大小。通常说的主键索引就是聚集索引。

辅助索引
InnoDB辅助索引，也叫作二级索引，是根据索引列构建 B+Tree结构。但在 B+Tree 的叶子节点中只存了索引列和主键的信息。二级索引占用的空间会比聚簇索引小很多， 通常创建辅助索引就是为了提升查询效率。一个表InnoDB只能创建一个聚簇索引，但可以创建多个辅助索引。

非聚簇索引
与InnoDB表存储不同，MyISAM数据表的索引文件和数据文件是分开的，被称为非聚簇索引结构。