1 MySQL索引简介

1.1 索引概念

索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构，使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。
索引的一个主要目的就是加快检索表中数据的方法，亦即能协助信息搜索者尽快的找到符合限制条件的记录ID的辅助数据结构。
直接说索引概念很难理解，这里有一个很形象的例子：
索引就好比一本书的目录，它会让你更快的找到内容。
但是很显然，目录（索引）并不是越多越好，假如这本书1000页，有500页是目录，效率仍然很低。另外，目录是要占纸张的,而索引是要占磁盘空间的。
与书的目录不同的是，数据库的索引可以有多个。

1.2 索引结构

Mysql索引主要有两种结构：B-Tree索引和Hash索引.

1.2.1 Hash索引

MySQL中，只有Memory（Memory表只存在内存中，断电会消失，适用于临时表）存储引擎显式支持Hash索引，是Memory表的默认索引类型。Memory表也可以使用B-Tree索引。Hsah索引把数据的索引以hash形式组织起来，因此当查找某一条记录的时候，速度非常快。由于Hsah索引是hash结构，每个键只对应一个值，而且是散列的方式分布，所以并不支持范围查找和排序等功能。

1.2.2 B-Tree索引

B-Tree是MySQL使用最频繁的一个索引数据结构，是InnoDB和MyISAM存储引擎的索引类型。相对Hash索引，B-Tree索引在查找单条记录的速度比不上Hash索引，但是因为更适合排序等操作，所以更受用户的欢迎。

• 带顺序访问指针的B-Tree

B-Tree所有索引数据都在叶子结点上，并且增加了顺序访问指针，每个叶子节点都有指向相邻叶子节点的指针。这样做是为了提高区间查询效率。例如查询key为从100到200的所有数据记录，当找到100后，只需顺着节点和指针顺序遍历就可以一次性访问到所有数据节点，极大提到了区间查询效率。

• 大大减少磁盘I/O读取

数据库系统的设计者巧妙利用了磁盘预读原理，将一个节点的大小设为等于一个页，这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入。
为了达到这个目的，在实际实现B+Tree还使用如下技巧：
（1）每次新建节点时，直接申请一个页的空间，这样就保证一个节点物理上也存储在一个页里，加之计算机存储分配都是按页对齐的，就实现了一个node只需一次I/O。

（2）B-Tree中一次检索最多需要h-1次I/O（根节点常驻内存），渐进复杂度为O(h)=O(logdN)。一般实际应用中，出度d是非常大的数字，通常超过100，因此h非常小（通常不超过3）。而红黑树这种结构，h明显要深的多。由于逻辑上很近的节点（父子）物理上可能很远，无法利用局部性，所以红黑树的I/O渐进复杂度也为O(h)，效率明显比B-Tree差很多。

1.3 索引的类型

1.3.1 选择索引的数据类型

MySQL支持很多数据类型，选择合适的数据类型存储数据对性能有很大的影响。通常来说，可以遵循以下一些指导原则：

1. 越小的数据类型通常更好
   越小的数据类型通常在磁盘、内存和CPU缓存中都需要更少的空间，处理起来更快。
2. 简单的数据类型更好
   整型数据比起字符，处理开销更小，因为字符串的比较更复杂。在MySQL中，应该用内置的日期和时间数据类型，而不是用字符串来存储时间；以及用整型数据类型存储IP地址。
3. 尽量避免NULL
   应该指定列为NOT NULL，除非你想存储NULL。在MySQL中，含有空值的列很难进行查询优化，因为它们使得索引、索引的统计信息以及比较运算更加复杂。你应该用0、一个特殊的值或者一个空串代替空值。

1.3.2 选择主键类型

选择合适的标识符是非常重要的。选择时不仅应该考虑存储类型，而且应该考虑MySQL是怎样进行运算和比较的。一旦选定数据类型，应该保证所有相关的表都使用相同的数据类型。

1. 整型
   通常是作为标识符的最好选择，因为可以更快的处理，而且可以设置为AUTO_INCREMENT。

2. 字符串
   尽量避免使用字符串作为标识符，它们消耗更多的空间，处理起来也较慢。而且，通常来说，字符串都是随机的，所以它们在索引中的位置也是随机的，这会导致页面分裂、随机访问磁盘，聚簇索引分裂（对于使用聚簇索引的存储引擎）。

1.3.3 常用的索引

常用的索引有以下类型：
主键索引、唯一索引、普通索引、全文索引、组合索引
常用索引之间的区别如下：

！备注 组合索引最左字段用in是可以用到索引的。

1.3.4 创建索引示例

2 索引优化

每当创建完数据库表和索引之后，以应该问自己以下几个问题：

• 创建的索引是否能够满足绝大多数的查询？
• 索引的区分度是否足够大？
• 组合索引的字段是否过多？是否存在区分度不高的字段？
• 索引有没有提高效率的空间？
  前三个问题，一般凭借DBA或者开发人员的经验来进行甄别，或者在实际测试或者使用中进行优化。
  但是索引有没有提高效率的空间？这个问题是可以通过MySQL的explain命令来进行优化指导的。

2.1 explain的作用

explain显示了mysql如何使用索引来处理select语句以及连接表。可以帮助选择更好的索引和写出更优化的查询语句。
使用方法，在select语句前加上explain就可以了。

explain select name,age,gender from tableA,tableB where tableA.id=tableB .id 

2.2 explain列的解释

例如：

图1 explain命令结果

extra列返回的描述的意义

2.3 示例

2.3.1 实例1

mysql> explain select * from t_order; 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------+ 
| id | select_type | table   | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | Extra | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 100453 |       | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------+ 
1 row in set (0.03 sec) 

加上extended后之后：

mysql> explain extended select * from t_order; 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+----------+-------+ 
| id | select_type | table   | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | filtered | Extra | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+----------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 100453 |   100.00 |       | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+----------+-------+ 
1 row in set, 1 warning (0.00 sec) 

表格里每一列的含义如下：

type类型

extra

2.3.2 select_type的说明

1. UNION
   通过union来连接多个查询结果时，第二个之后的select其select_type为UNION。

mysql> explain select * from t_order where order_id=100 union select * from t_order where order_id=200; 
+----+--------------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+ 
| id | select_type  | table      | type  | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | Extra | 
+----+--------------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+ 
|  1 | PRIMARY      | t_order    | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 |       | 
|  2 | UNION        | t_order    | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 |       | 
| NULL | UNION RESULT | <union1,2> | ALL   | NULL          | NULL    | NULL    | NULL  | NULL |       | 
+----+--------------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+ 
3 rows in set (0.34 sec) 

1. DEPENDENT UNION与DEPENDENT SUBQUERY
   当union作为子查询时，其中第二个union的select_type就是DEPENDENT UNION。
   第一个子查询的select_type则是DEPENDENT SUBQUERY。

mysql> explain select * from t_order where order_id in (select order_id from t_order where order_id=100 union select order_id from t_order where order_id=200); 
+----+--------------------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+--------+-------------+ 
| id | select_type        | table      | type  | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows   | Extra       | 
+----+--------------------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+--------+-------------+ 
|  1 | PRIMARY            | t_order    | ALL   | NULL          | NULL    | NULL    | NULL  | 100453 | Using where | 
|  2 | DEPENDENT SUBQUERY | t_order    | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |      1 | Using index | 
|  3 | DEPENDENT UNION    | t_order    | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |      1 | Using index | 
| NULL | UNION RESULT       | <union2,3> | ALL   | NULL          | NULL    | NULL    | NULL  |   NULL |             | 
+----+--------------------+------------+-------+---------------+---------+---------+-------+--------+-------------+ 
4 rows in set (0.03 sec) 

1. SUBQUERY
   子查询中的第一个select其select_type为SUBQUERY。

mysql> explain select * from t_order where order_id=(select order_id from t_order where order_id=100); 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
| id | select_type | table   | type  | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows | Extra       | 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
|  1 | PRIMARY     | t_order | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | const |    1 |             | 
|  2 | SUBQUERY    | t_order | const | PRIMARY       | PRIMARY | 4       |       |    1 | Using index | 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+ 
2 rows in set (0.03 sec) 

1. DERIVED
   当子查询是from子句时，其select_type为DERIVED。

mysql> explain select * from (select order_id from t_order where order_id=100) a; 
+----+-------------+------------+--------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table      | type   | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+------------+--------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | PRIMARY     | <derived2> | system | NULL          | NULL    | NULL    | NULL |    1 |             | 
|  2 | DERIVED     | t_order    | const  | PRIMARY       | PRIMARY | 4       |      |    1 | Using index | 
+----+-------------+------------+--------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
2 rows in set (0.03 sec) 

2.3.3 type的说明

1. system，const

见上面4.DERIVED的例子。其中第一行的type就是为system，第二行是const，这两种联接类型是最快的。

1. eq_ref

在t_order表中的order_id是主键，t_order_ext表中的order_id也是主键，该表可以认为是订单表的补充信息表，他们的关系是1对1，在下面的例子中可以看到b表的连接类型是eq_ref，这是极快的联接类型。

mysql> explain select * from t_order a,t_order_ext b where a.order_id=b.order_id; 
+----+-------------+-------+--------+---------------+---------+---------+-----------------+------+-------------+ 
| id | select_type | table | type   | possible_keys | key     | key_len | ref             | rows | Extra       | 
+----+-------------+-------+--------+---------------+---------+---------+-----------------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | b     | ALL    | order_id      | NULL    | NULL    | NULL            |    1 |             | 
|  1 | SIMPLE      | a     | eq_ref | PRIMARY       | PRIMARY | 4       | test.b.order_id |    1 | Using where | 
+----+-------------+-------+--------+---------------+---------+---------+-----------------+------+-------------+ 
2 rows in set (0.00 sec) 

1. ref

下面的例子在上面的例子上略作了修改，加上了条件。此时b表的联接类型变成了ref。因为所有与a表中order_id=100的匹配记录都将会从b表获取。这是比较常见的联接类型。

mysql> explain select * from t_order a,t_order_ext b where a.order_id=b.order_id and a.order_id=100; 
+----+-------------+-------+-------+---------------+----------+---------+-------+------+-------+ 
| id | select_type | table | type  | possible_keys | key      | key_len | ref   | rows | Extra | 
+----+-------------+-------+-------+---------------+----------+---------+-------+------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | a     | const | PRIMARY       | PRIMARY  | 4       | const |    1 |       | 
|  1 | SIMPLE      | b     | ref   | order_id      | order_id | 4       | const |    1 |       | 
+----+-------------+-------+-------+---------------+----------+---------+-------+------+-------+ 
2 rows in set (0.00 sec) 

1. ref_or_null

user_id字段是一个可以为空的字段，并对该字段创建了一个索引。在下面的查询中可以看到联接类型为ref_or_null，这是mysql为含有null的字段专门做的处理。在我们的表设计中应当尽量避免索引字段为NULL，因为这会额外的耗费mysql的处理时间来做优化。

mysql> explain select * from t_order where user_id=100 or user_id is null; 
+----+-------------+---------+-------------+---------------+---------+---------+-------+-------+-------------+ 
| id | select_type | table   | type        | possible_keys | key     | key_len | ref   | rows  | Extra       | 
+----+-------------+---------+-------------+---------------+---------+---------+-------+-------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | ref_or_null | user_id       | user_id | 5       | const | 50325 | Using where | 
+----+-------------+---------+-------------+---------------+---------+---------+-------+-------+-------------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

1. index_merge

经常出现在使用一张表中的多个索引时。mysql会将多个索引合并在一起，如下例:

mysql> explain select * from t_order where order_id=100 or user_id=10; 
+----+-------------+---------+-------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+-------------------------------------------+ 
| id | select_type | table   | type        | possible_keys   | key             | key_len | ref  | rows | Extra                                     | 
+----+-------------+---------+-------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+-------------------------------------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | index_merge | PRIMARY,user_id | PRIMARY,user_id | 4,5     | NULL |    2 | Using union(PRIMARY,user_id); Using where | 
+----+-------------+---------+-------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+-------------------------------------------+ 
1 row in set (0.09 sec) 

1. unique_subquery

该联接类型用于替换value IN (SELECT primary_key FROM single_table WHERE some_expr)这样的子查询的ref。注意ref列，其中第二行显示的是func，表明unique_subquery是一个函数，而不是一个普通的ref。

mysql> explain select * from t_order where order_id in (select order_id from t_order where user_id=10); 
+----+--------------------+---------+-----------------+-----------------+---------+---------+------+--------+-------------+ 
| id | select_type        | table   | type            | possible_keys   | key     | key_len | ref  | rows   | Extra       | 
+----+--------------------+---------+-----------------+-----------------+---------+---------+------+--------+-------------+ 
|  1 | PRIMARY            | t_order | ALL             | NULL            | NULL    | NULL    | NULL | 100649 | Using where | 
|  2 | DEPENDENT SUBQUERY | t_order | unique_subquery | PRIMARY,user_id | PRIMARY | 4       | func |      1 | Using where | 
+----+--------------------+---------+-----------------+-----------------+---------+---------+------+--------+-------------+ 
2 rows in set (0.00 sec) 

1. index_subquery

该联接类型与上面的太像了，唯一的差别就是子查询查的不是主键而是非唯一索引。

mysql> explain select * from t_order where user_id in (select user_id from t_order where order_id>10); 
+----+--------------------+---------+----------------+-----------------+---------+---------+------+--------+--------------------------+ 
| id | select_type        | table   | type           | possible_keys   | key     | key_len | ref  | rows   | Extra                    | 
+----+--------------------+---------+----------------+-----------------+---------+---------+------+--------+--------------------------+ 
|  1 | PRIMARY            | t_order | ALL            | NULL            | NULL    | NULL    | NULL | 100649 | Using where              | 
|  2 | DEPENDENT SUBQUERY | t_order | index_subquery | PRIMARY,user_id | user_id | 5       | func |  50324 | Using index; Using where | 
+----+--------------------+---------+----------------+-----------------+---------+---------+------+--------+--------------------------+ 
2 rows in set (0.00 sec) 

1. range

按指定的范围进行检索，很常见。

mysql> explain select * from t_order where user_id in (100,200,300); 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
| id | select_type | table   | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | Extra       | 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | range | user_id       | user_id | 5       | NULL |    3 | Using where | 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

1. index

在进行统计时非常常见，此联接类型实际上会扫描索引树，仅比ALL快些。

mysql> explain select count(*) from t_order; 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+------+--------+-------------+ 
| id | select_type | table   | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows   | Extra       | 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+------+--------+-------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | index | NULL          | user_id | 5       | NULL | 100649 | Using index | 
+----+-------------+---------+-------+---------------+---------+---------+------+--------+-------------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

1. ALL

完整的扫描全表，最慢的联接类型，尽可能的避免。

mysql> explain select * from t_order; 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------+ 
| id | select_type | table   | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | Extra | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 100649 |       | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

2.3.4 extra的说明

1. Distinct

MySQL发现第1个匹配行后,停止为当前的行组合搜索更多的行。对于此项没有找到合适的例子，求指点。

1. Not exists

因为b表中的order_id是主键，不可能为NULL，所以mysql在用a表的order_id扫描t_order表，并查找b表的行时，如果在b表发现一个匹配的行就不再继续扫描b了，因为b表中的order_id字段不可能为NULL。这样避免了对b表的多次扫描。

mysql> explain select count(1) from t_order a left join t_order_ext b on a.order_id=b.order_id where b.order_id is null;  
+----+-------------+-------+-------+---------------+--------------+---------+-----------------+--------+--------------------------------------+ 
| id | select_type | table | type  | possible_keys | key          | key_len | ref             | rows   | Extra                                | 
+----+-------------+-------+-------+---------------+--------------+---------+-----------------+--------+--------------------------------------+ 
|  1 | SIMPLE      | a     | index | NULL          | express_type | 1       | NULL            | 100395 | Using index                          | 
|  1 | SIMPLE      | b     | ref   | order_id      | order_id     | 4       | test.a.order_id |      1 | Using where; Using index; Not exists | 
+----+-------------+-------+-------+---------------+--------------+---------+-----------------+--------+--------------------------------------+ 
2 rows in set (0.01 sec) 

1. Range checked for each record

这种情况是mysql没有发现好的索引可用，速度比没有索引要快得多。

mysql> explain select * from t_order t, t_order_ext s where s.order_id>=t.order_id and s.order_id<=t.order_id and t.express_type>5; 
+----+-------------+-------+-------+----------------------+--------------+---------+------+------+------------------------------------------------+ 
| id | select_type | table | type  | possible_keys        | key          | key_len | ref  | rows | Extra                                          | 
+----+-------------+-------+-------+----------------------+--------------+---------+------+------+------------------------------------------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t     | range | PRIMARY,express_type | express_type | 1       | NULL |    1 | Using where                                    | 
|  1 | SIMPLE      | s     | ALL   | order_id             | NULL         | NULL    | NULL |    1 | Range checked for each record (index map: 0x1) | 
+----+-------------+-------+-------+----------------------+--------------+---------+------+------+------------------------------------------------+ 
2 rows in set (0.00 sec)

1. Using filesort

在有排序子句的情况下很常见的一种情况。此时mysql会根据联接类型浏览所有符合条件的记录，并保存排序关键字和行指针，然后排序关键字并按顺序检索行。

mysql> explain select * from t_order order by express_type; 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+----------------+ 
| id | select_type | table   | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows   | Extra          | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+----------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL | 100395 | Using filesort | 
+----+-------------+---------+------+---------------+------+---------+------+--------+----------------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

1. Using index

这是性能很高的一种情况。当查询所需的数据可以直接从索引树中检索到时，就会出现。上面的例子中有很多这样的例子，不再多举例了。

1. Using temporary

发生这种情况一般都是需要进行优化的。mysql需要创建一张临时表用来处理此类查询。

mysql> explain select * from t_order a left join t_order_ext b on a.order_id=b.order_id group by b.order_id; 
+----+-------------+-------+------+---------------+----------+---------+-----------------+--------+---------------------------------+ 
| id | select_type | table | type | possible_keys | key      | key_len | ref             | rows   | Extra                           | 
+----+-------------+-------+------+---------------+----------+---------+-----------------+--------+---------------------------------+ 
|  1 | SIMPLE      | a     | ALL  | NULL          | NULL     | NULL    | NULL            | 100395 | Using temporary; Using filesort | 
|  1 | SIMPLE      | b     | ref  | order_id      | order_id | 4       | test.a.order_id |      1 |                                 | 
+----+-------------+-------+------+---------------+----------+---------+-----------------+--------+---------------------------------+ 
2 rows in set (0.00 sec) 

1. Using where

当有where子句时，extra都会有说明。

1. Using sort_union(…)/Using union(…)/Using intersect(…)

下面的例子中user_id是一个检索范围，此时mysql会使用sort_union函数来进行索引的合并。而当user_id是一个固定值时，请参看上面type说明5.index_merge的例子，此时会使用union函数进行索引合并。

mysql> explain select * from t_order where order_id=100 or user_id>10; 
+----+-------------+---------+-------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+------------------------------------------------+ 
| id | select_type | table   | type        | possible_keys   | key             | key_len | ref  | rows | Extra                                          | 
+----+-------------+---------+-------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+------------------------------------------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | index_merge | PRIMARY,user_id | user_id,PRIMARY | 5,4     | NULL |    2 | Using sort_union(user_id,PRIMARY); Using where | 
+----+-------------+---------+-------------+-----------------+-----------------+---------+------+------+------------------------------------------------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

对于Using intersect的例子可以参看下例，user_id与express_type发生了索引交叉合并。

mysql> explain select * from t_order where express_type=1 and user_id=100; 
+----+-------------+---------+-------------+----------------------+----------------------+---------+------+------+----------------------------------------------------+ 
| id | select_type | table   | type        | possible_keys        | key                  | key_len | ref  | rows | Extra                                              | 
+----+-------------+---------+-------------+----------------------+----------------------+---------+------+------+----------------------------------------------------+ 
|  1 | SIMPLE      | t_order | index_merge | user_id,express_type | user_id,express_type | 5,1     | NULL |    1 | Using intersect(user_id,express_type); Using where | 
+----+-------------+---------+-------------+----------------------+----------------------+---------+------+------+----------------------------------------------------+ 
1 row in set (0.00 sec) 

1. Using index for group-by

表明可以在索引中找到分组所需的所有数据，不需要查询实际的表。

mysql> explain select user_id from t_order group by user_id;
+—-+————-+———+——-+—————+———+———+——+——+————————–+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+—-+————-+———+——-+—————+———+———+——+——+————————–+
| 1 | SIMPLE | t_order | range | NULL | user_id | 5 | NULL | 3 | Using index for group-by |
+—-+————-+———+——-+—————+———+———+——+——+————————–+
1 row in set (0.00 sec)
除了上面的三个说明，还需要注意rows的数值，多行之间的数值是乘积的关系，可以估算大概要处理的行数，如果乘积很大，那就很有优化的必要了。

参考列表

1. mysql explain用法和结果的含义

2. Mysql索引介绍及常见索引的区别