MySQL的B树索引与索引优化 (2)

在“问题1-方案3”的基础上,由于所有数据行都存储在叶子节点,B树的叶子节点本身也是有序的,可以增加一个指针,指向当前叶子节点按主键顺序的下一叶子节点;查询时先查到左界,再查到右界,然后从左界到有界线性遍历。

乍一看感觉方案1比方案2好——时间复杂度和常数项都一样,方案1还不需要改动。但是别忘了局部性原理,不管节点中存储的是数据行还是数据行位置,方案2的好处在于,依然可以利用页表和缓存预读下一节点的信息。而方案1则面临节点逻辑相邻、物理分离的缺点。

引出B+树

综上,问题1的方案2与问题2的方案1可整合为一种方案(基于B树的索引),问题1的方案3与问题2的方案2可整合为一种(基于B+树的索引)。实际上,数据库、文件系统有些采用了B树,有些采用B+树。

由于某些猴子暂未明白的原因,包括MySQL在内的主流数据库多选择了B+树。即:

B+树

主要变动如上所述:

修改key与子树的组织逻辑,将索引访问都落到叶子节点

按顺序将叶子节点串起来(方便范围查询)

B树和B+树的增、删、查过程

B树的增删过程暂时可参考从B树、B+树、B*树谈到R 树的“6、B树的插入、删除操作”小节,B+树的增删同理。此处暂不赘述。

Mysql索引优化

根据B+树的性质,很容易理解各种常见的MySQL索引优化思路。

暂不考虑不同引擎之间的区别。

优先使用自增key作为主键

前面的分析中,假设用4B的自增key作为索引,则m可达到512,层高仅有3。使用自增的key有两个好处:

自增key一般为int等整数型,key比较紧凑,这样m可以非常大,而且索引占用空间小。最极端的例子,如果使用50B的varchar(包括长度),那么m = 4 * 1024 / 54m = 75.85 ~= 76,深度最大log(76/2)(10^7) = 4.43 ~= 5,再加上cache缺失、字符串比较的成本,时间成本增加较大。同时,key由4B增长到50B,整棵索引树的空间占用增长也是极为恐怖的(如果二级索引使用主键定位数据行,则空间增长更加严重)。

自增的性质使得新数据行的插入请求必然落到索引树的最右侧,发生节点分裂的频率较低,理想情况下,索引树可以达到“满”的状态。索引树满,一方面层高更低,一方面删除节点时发生节点合并的频率也较低。

优化经历:

猴子曾使用varchar(100)的列做过主键,存储containerId,过了3、4天100G的数据库就满了,DBA小姐姐邮件里委婉表示了对我的鄙视。。。之后增加了自增列作为主键,containerId作为unique的二级索引,时间、空间优化效果相当显著。

最左前缀匹配

索引可以简单如一个列(a),也可以复杂如多个列(a, b, c, d),即联合索引。如果是联合索引,那么key也由多个列组成,同时,索引只能用于查找key是否存在(相等),遇到范围查询(>、<、between、like左匹配)等就不能进一步匹配了,后续退化为线性查找。因此,列的排列顺序决定了可命中索引的列数。

如有索引(a, b, c, d),查询条件a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4,则会在每个节点依次命中a、b、c,无法命中d。也就是最左前缀匹配原则。

=、in自动优化顺序

不需要考虑=、in等的顺序,mysql会自动优化这些条件的顺序,以匹配尽可能多的索引列。

如有索引(a, b, c, d),查询条件c > 3 and b = 2 and a = 1 and d < 4与a = 1 and c > 3 and b = 2 and d < 4等顺序都是可以的,MySQL会自动优化为a = 1 and b = 2 and c > 3 and d < 4,依次命中a、b、c。

索引列不能参与计算

有索引列参与计算的查询条件对索引不友好(甚至无法使用索引),如from_unixtime(create_time) = '2014-05-29'。

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