43. 如何高效高性能的选择使用 MySQL 索引?

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  1. 1. 独立的列
  2. 2. 前缀索引
  3. 3. 合适的索引列顺序
  4. 4. 覆盖索引
  5. 5. 使用索引实现排序
  6. 6. 小结

想要实现高性能的查询,正确的使用索引是基础。本小节通过多个实际应用场景,帮助大家理解如何高效地选择和使用索引。

1. 独立的列

独立的列,是指索引列不能是表达式的一部分,也不能是函数的参数。如果 SQL 查询中的列不是独立的,MySQL 不能使用该索引。

下面两个查询,MySQL 无法使用 id 列和 birth_date 列的索引。开发人员应该养成编写 SQL 的好习惯,始终要将索引列单独放在比较符号的左侧。

mysql> select * from customer where id + 1 = 2;
mysql> select * from customer where to_days(birth_date) - to_days('2024-07-10') <= 10;

2. 前缀索引

有时候需要对很长的字符列创建索引,这会使得索引变得很占空间,效率也很低下。碰到这种情况,一般可以索引开始的部分字符,这样可以节省索引产生的空间,但同时也会降低索引的选择性。

那我们就要选择足够长的前缀来保证较高的选择性,但是为了节省空间,前缀又不能太长,只要前缀的基数,接近于完整列的基数即可。

Tips:索引的选择性指,不重复的索引值(也叫基数,cardinality)和数据表的记录总数的比值,索引的选择性越高表示查询效率越高。

完整列的选择性:

mysql> select count(distinct last_name)/count(*) from customer;
+------------------------------------+
| count(distinct last_name)/count(*) |
+------------------------------------+
|                              0.053 |
+------------------------------------+

不同前缀长度的选择性:

mysql> select count(distinct left(last_name,3))/count(*) left_3, count(distinct left(last_name,4))/count(*) left_4, count(distinct left(last_name,5))/count(*) left_5, count(distinct left(last_name,6))/count(*) left_6 from customer;
+--------+--------+--------+--------+
| left_3 | left_4 | left_5 | left_6 |
+--------+--------+--------+--------+
|   0.043|   0.046|   0.050|   0.051|
+--------+--------+--------+--------+

从上面的查询可以看出,当前缀长度为 6 时,前缀的选择性接近于完整列的选择性 0.053,再增加前缀长度,能够提升选择性的幅度也很小了。

创建前缀长度为 6 的索引:

mysql> alter table customer add index idx_last_name(last_name(6));

前缀索引可以使索引更小更快,但同时也有缺点:无法使用前缀索引做order bygroup by,也无法使用前缀索引做覆盖扫描。

3. 合适的索引列顺序

在一个多列 B-Tree 索引中,索引列的顺序表示索引首先要按照最左列进行排序,然后是第二列、第三列等。索引可以按照升序或降序进行扫描,以满足精确符合列顺序的order bygroup bydistinct等的查询需求。

索引的列顺序非常重要,在不考虑排序和分组的情况下,通常我们会将选择性最高的列放到索引最前面。

以下查询,是应该创建一个 (last_name,first_name) 的索引,还是应该创建一个(first_name,last_name) 的索引?

mysql> select * from customer where last_name = 'Allen' and first_name = 'Cuba'

我们首先来计算下这两个列的选择性,看哪个列更高。

mysql> select count(distinct last_name)/count(*) last_name_selectivity, count(distinct first_name)/count(*) first_name_selectivity from customer;
+-----------------------+------------------------+
| last_name_selectivity | first_name_selectivity |
+-----------------------+------------------------+
|                 0.053 |                  0.372 |
+-----------------------+------------------------+

我们首先来计算下这两个列的选择性,看哪个列更高。

mysql> select count(distinct last_name)/count(*) last_name_selectivity, count(distinct first_name)/count(*) first_name_selectivity from customer;
+-----------------------+------------------------+
| last_name_selectivity | first_name_selectivity |
+-----------------------+------------------------+
|                 0.053 |                  0.372 |
+-----------------------+------------------------+

很明显,列 first_name 的选择性更高,所以选择 first_name 作为索引列的第一列:

mysql> alter table customer add index idx1_customer(first_name,last_name);

4. 覆盖索引

如果一个索引包含所有需要查询的字段,称之为覆盖索引。由于覆盖索引无须回表,通过扫描索引即可拿到所有的值,它能极大地提高查询效率:索引条目一般比数据行小的多,只通过扫描索引即可满足查询需求,MySQL 可以极大地减少数据的访问量。

表 customer 有一个多列索引 (first_name,last_name),以下查询只需要访问 first_name 和last_name,这时就可以通过这个索引来实现覆盖索引。

mysql> explain select last_name, first_name from customer\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: index
possible_keys: NULL
          key: idx1_customer
      key_len: 186
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

当查询为覆盖索引查询时,在 explain 的 extra 列可以看到 Using index。

5. 使用索引实现排序

MySQL 可以通过排序操作,或者按照索引顺序扫描来生成有序的结果。如果 explain 的 type 列的值为 index,说明该查询使用了索引扫描来做排序。

order by 和查询的限制是一样的,需要满足索引的最左前缀要求,否则无法使用索引进行排序。只有当索引的列顺序和 order by 子句的顺序完全一致,并且所有列的排序方向(正序或倒序)都一致,MySQL 才能使用索引来做排序。如果查询是多表关联,只有当 order by 子句引用的字段全部为第一个表时,才能使用索引来做排序。

以表 customer 为例,我们来看看哪些查询可以通过索引进行排序。

mysql> create table customer(
		 id int,
         last_name varchar(30),
		 first_name varchar(30),
		 birth_date date,
		 gender char(1),
		 key idx_customer(last_name,first_name,birth_date)
     );

5.1 可以通过索引进行排序的查询

索引的列顺序和 order by 子句的顺序完全一致:

mysql> explain select last_name,first_name from customer order by last_name, first_name, birth_date\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: index
possible_keys: NULL
          key: idx_customer
      key_len: 190
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

索引的第一列指定为常量:

从 explain 可以看到没有出现排序操作(filesort):

mysql> explain select * from customer where last_name = 'Allen' order by first_name, birth_date\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx_customer
          key: idx_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

索引的第一列指定为常量,使用第二列排序:

mysql> explain select * from customer where last_name = 'Allen' order by first_name desc\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx_customer
          key: idx_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using where
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

索引的第一列为范围查询,order by 使用的两列为索引的最左前缀:

mysql> explain select * from customer where last_name between 'Allen' and 'Bush' order by last_name,first_name\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: idx_customer
          key: idx_customer
      key_len: 93
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

5.2 不能通过索引进行排序的查询

使用两种不同的排序方向:

mysql> explain select * from customer where last_name = 'Allen' order by first_name desc, birth_date asc\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx_customer
          key: idx_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition; Using filesort
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

order by子句引用了一个不在索引的列:

mysql> explain select * from customer where last_name = 'Allen' order by first_name, gender\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx_customer
          key: idx_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition; Using filesort
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

where条件和order by的列无法组成索引的最左前缀:

mysql> explain select * from customer where last_name = 'Allen' order by birth_date\G

第一列是范围查询,where条件和order by的列无法组成索引的最左前缀:

mysql> explain select * from customer where last_name between 'Allen' and 'Bush' order by first_name\G

第一列是常量,第二列是范围查询(多个等于也是范围查询):

mysql> explain select * from customer where last_name = 'Allen' and first_name in ('Cuba','Kim') order by birth_date\G

6. 小结

本小节介绍了高效使用索引的多种方法:独立的列、前缀索引、合适的索引列顺序、覆盖索引、使用索引实现排序。应该使用哪个索引,以及评估选择不同索引的性能影响,需要不断地学习。

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