初识MYSQL —— 索引
前言
什么是索引？
索引就像给数据库加了 “目录”：
- 只执行一条 create index，不用升级硬件、改代码或调 SQL，就能把查询速度从“翻整本书”变成“直接跳页”，成百上千倍地提速。
- 代价是：每次插入、更新、删除都要同步维护这份 “目录”，带来额外磁盘 I/O，写操作明显变慢。
因此，索引最适合读多写少、数据量巨大的场景，用较小的写性能损失换取极大的读性能收益。
常见的索引：主键索引、唯一索引、普通索引和全文索引
存储介质特性
在链接索引之前，先回顾一下硬件磁盘（在博主文章深入了解linux系统—— 文件系统 有讲解磁盘）简单了解即可
1. 磁盘物理结构
- 盘片与扇区：
- 数据保存在磁盘盘片的同心圆磁道上，最小物理单位是扇区（Sector）
- 传统扇区大小：512字节（现代磁盘已有4KB扇区，但兼容模式仍表现为512字节）
- 文件系统视角：多个连续扇区组成块（Block），Linux默认块大小为4KB
- CHS定位法：
- 柱面（Cylinder）：所有盘片相同半径的磁道集合
- 磁头（Head）：每个盘面对应一个磁头，编号唯一
- 扇区（Sector）：磁道上的分段编号
- 通过CHS三元组可唯一定位任意扇区（硬件层面）
- LBA线性地址：
- 系统软件使用逻辑块地址（LBA），屏蔽CHS的硬件细节
- 操作系统自动完成LBA→CHS转换，实现硬件无关性
2. 磁盘访问模式
| 访问类型 | 特征 | 性能影响 |
|---|---|---|
| 连续访问 | 两次IO扇区地址连续 | 磁头移动距离短，效率高 |
| 随机访问 | 两次IO扇区地址跳跃大 | 需重新寻道，效率低 |
关键结论：磁盘随机IO是性能瓶颈，MySQL设计需尽量减少随机访问
MySQL数据库
1. 页（Page）机制
- InnoDB页大小：16KB（可配置为4KB/8KB/32KB，但16KB是默认最优值）
- 与磁盘块的关系：
- 1个InnoDB页 = 32个传统扇区（512字节）或 4个现代扇区（4KB）
- 预读机制：顺序访问时，磁盘控制器会自动预读相邻页，减少未来IO
- 页结构优势：
- 局部性原理：一次IO加载16KB数据，可能覆盖后续查询所需记录
- 减少随机IO：通过页合并写入（Batch Insert）降低磁盘刷新次数
2. 与文件系统交互
- 双缓冲策略：
- InnoDB缓冲池（Buffer Pool）：在内存中缓存热点页，默认大小为物理内存的80%
- 操作系统页缓存（Page Cache）：缓存磁盘块，可能重复缓存相同数据
- 优化建议：启用
O_DIRECT模式，绕过系统缓存，避免双重缓冲（需权衡稳定性）
- 写操作路径：
- 修改缓冲池中的页（变为脏页）
- 由后台线程按LRU顺序刷新到磁盘（非实时同步）
- 通过**双写缓冲区（Doublewrite Buffer）**保证页写入原子性（防止半页写）
总结：
- 硬件抽象：通过LBA屏蔽CHS复杂性，实现跨平台兼容
- 页机制：16KB页平衡了随机IO延迟与顺序IO吞吐量
- 缓存层次：Buffer Pool + 预读 + 批量刷新，最大化磁盘利用率
- 写入优化：脏页异步刷新 + 双写缓冲，保证性能与一致性兼得
在MYSQL中的数据文件，都是以page为单位保存在磁盘中的。
MYSQL的CURD操作，都需要通过计算，找到对应的插入位置，或者对应要修改或者查询的数据。
任何计算都得先让数据进内存，CPU 只认内存，磁盘数据必须整页（16 KB Page）搬进内存才能用（MYSQL和磁盘交互的基本单位是16KB）
批量用内存，一次换一块：MySQL 启动就划走一大片内存叫 Buffer Pool，专门缓存这些 16 KB 页；命中缓存就直接在内存里算，省去磁盘动作。
为了更高的效率，就要尽可能的减少系统和磁盘IO的次数。
理解索引
在了解索引具体是什么之前，先来看一种现象：
create table stu(id int primary key,age int,name varchar(10)
);
insert into stu values(3,18,'Tom');
insert into stu values(4,19,'Jack');
insert into stu values(1,20,'Lucy');
insert into stu values(5,19,'Lily');
insert into stu values(2,18,'Jerry');
可以看到，表stu中是存在主键的；这里无序插入5条记录，再使用select查询时，查询到的数据是有序的
这里在创建表时，不指明主键（
MYSQL会创建新的一列作为主键，自增长），在查询到的数据顺序和插入数据的顺序是一样的。
理解单个page
MYSQL和磁盘交互(IO)是以page为单位的，在page中存储着数据；
在MYSQL在从磁盘读取时，就会读取一个/多个page页；那在MYSQl中就势必会存在非常多的page页（一个数据表文件是由一个/多个page页组成的）。
MYSQL要管理这些page页，就势必存在相关的描述字段和数据结构（先描述、再组成）。
每一个page，在MYSQL中都是16KB大小，使用prev和nect构成双向链表。
这里因为设置了主键，MYSQL会默认安装主键给我们的数据进行排序；数据是有序且彼此关联的。
理解多个page
通过上述描述，我们理解：在查询某条数据时将一个page页加载到内存中，减少IO的次数，来提高性能。
但是，数据在页内存储时真的如上述那样，单单使用链表结构吗？
如果有上千万条数据，就需要多个page页来保存，多个page页彼此之间使用双链表连接起来；在每一个page页内部的数据也是链表结构，那查找一条记录还是线性查找啊，效率太低的。
单个page页
在平常看书时，书中存在目录，目录中存储了每一个章节对应的页码；
我们想要查看哪一个章节，就可以根据目录找到页码，快速的找到要看的章节。
目录，就是一直空间换时间的方案
在这里，是不是也可以存在一个目录呢，"目录"中存储中编号和指向对应记录的指针。
这里在查找数据时，就只需要遍历page页中的目录就可以判断出是否存在于当前page中。
所以，在创建表时指明主键，插入数据时
MYSQL会自动安装主键进行排序，方便查询计算没有指明主键，
MYSQL也会新增一列作为主键(自增长)，并且安装该列进行排序
多个page页
上述在一个page页中加入目录，解决了在一个page页中查找目标记录的效率问题；
但是，一个page页大小只有16KB，随着数据量不断增大，就必定会有多个page页存储数据；
而在page之间，也是需要MYSQL遍历的，遍历也就意味着需要大量的IO；还是存在多次IO的效率问题。
解决方案：给page页也带上目录。
使用一个目录项来指向某一页，这个目录项存放的就是要执行的页中存放的最小数据的键值；
每一个目录项中都存储着对应page页存储数据的最小键值和指向对应page页的指针。
存在一个目录页来管理页目录，目录页中的数据存放的就是指向的那一页中最小的数据。有数据，就可通过比较，找到该访问那个Page，进而通过指针，找到下一个Page。
**目录页的本质也是页，普通页中存的数据是用户数据，而目录页中存的数据是普通页的地址 **
最底层的数据页通过链表连接
这不就是传说中的**B+树**
Innodb建立索引结构使用的数据结构是B+树。
B树和B+树的区别
B树节点既有数据、又有page指针，而B+树，只有叶子结点有数据；目录页，只有键值和page指针。B+树叶子节点全部相连，而B树没有。
聚簇索引 VS 非聚簇索引
MYISAM存储引擎，同样使用B+树作为索引结构；
MYISAM最大的特点是，将索引page和数据page分离。（叶子节点不存储数据，只有对应数据的地址）
相比较于MYISAM，InnoDB存储引擎则是将索引和数据放在一起的。
InnoDB这种将索引和数据放在一起的索引方案，叫做聚簇索引
在
MYSQL中，除了主键索引之外，我们也可以按照其他列信息建立索引，这种索引一般称为普通(辅助)索引；
对于
MYISAM存储引擎，建立普通索引和主键索引没有什么区别，就是主键不能重复，非主键可以重复（唯一键不能重复）而对于
InnoDB存储引擎，在普通索引的叶子节点page中存储的是主键值而不是数据。通过普通索引，找到目标记录就要两次索引：先检索普通索引获取主键，然后再用主键到主键索引中检索到记录。（这个过程，就叫做回表查询）
索引相关操作
1. 主键索引
创建主键索引，在创建主键时，MYSQL就会自动创建主键索引。
三种方式：
- 创建表时，指明主键字段（在字段名后 指定
primary key）
create table test1(id int primary key,name varchar(10)
);
- 创建表时，指明主键字段（在创建表最后，指明一列/多列作为主键）
create table test2(id int,name varchar(10),primary key (id)
);
- 创建完表后，再添加主键
create table test3(id int, name varchar(10) );
alter table test3 add primary key (id);
2. 唯一索引
除了主键以外，在创建唯一键时，MYSQL也会为我们创建唯一索引。
三种方式：
- 创建表时，指明主键字段（在字段名后 指定
unique key）
create table test4(id int primary key,name varchar(10) unique key
);
- 创建表时，指明主键字段（在创建表最后，指明一列/多列作为主键）
create table test5(id int,name varchar(10),primary key (id),unique key (name)
);
- 创建完表后，再添加主键
create table test6(id int primary key, name varchar(10) );
alter table test6 add unique key (id);
- 一张表可以有多个唯一索引；
- 如果在某一列建立唯一索引，必须保证这一列不能有重复数据；
- 在唯一索引上指定
not null，可以等价于主键索引
3. 普通索引
创建普通索引，也是有三种方式：在创建表时，指定索引；创建完表后，指定某列创建普通索引；以及创建指定索引名的索引。
- 创建表时，指定某列为索引
create table test7(id int primary key,name varchar(10),index(name)
);
- 创建完表后，指定某列为索引
create table test8(id int primary key, name varchar(10));
alter table test8 add index(name);
- 创建完表后，以指定列创建名为
index_name的索引
create table test9(id int primary key, name varchar(10));
create index index_name on test9(name);
- 一张表可以有多个普通索引。
- 如果某列要创建索引，但是该列存储重复的值，就要使用普通索引。
4. 查询索引
查询索引相关信息
show keys from tb_name;
show index from tb_name;
desc tb_name;
5. 删除索引
- 删除主键索引
alter table tb_name drop primary key;
- 删除普通索引 方法1
删除普通索引，需要使用索引名，而索引名就是上述查询索引时Key_name字段。
alter table 表名 drop index 索引名;
- 删除普通索引 方法2
drop index 索引名 on 表名;
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