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Python是一种强大且易于学习的编程语言。通过这个21天的计划，我们将逐步深入MySQL索引机制从基础到应用。无论你是初学者还是有一定基础的开发者，这个计划都将帮助你巩固和扩展你的Python知识。

在学习本篇之前，我们先复习一下前面的内容：
day1：Python下载和开发工具介绍
day2：数据类型、字符编码、文件处理
day3：基础语法与课外练习
day4：函数简单介绍
day5：模块与包
day6：常用模块介绍
day7：面向对象
day8：面向对象高级
day9：异常处理
day10：网络编程
day11：并发编程
day12：MySQL数据库初识
day13：MySQL库相关操作
day14：MySQL表相关操作
day15：MySQL中DML与权限管理
day16：MySQL数据备份与Python操作实战指南
day17：MySQL视图、触发器、存储过程、函数与流程控制
day18：使用SQLAlchemy 中的ORM查询

一、引言

在业务系统中，MySQL作为存储层部署在最后端，所有业务数据最终都要入库落盘。随着项目在线上运行时间增长，数据库的数据量会不断增多，表查询效率也会越发低下。因为MySQL默认的查询方式是全表扫描，会触发大量磁盘IO。

例如，在一个有七位学生信息的zz_student表中，查询姓名为「脑斧」的学生信息，至少要经过六次磁盘IO才能检索到目标。若表中有1000W条数据，要查的目标数据位于表的900W行以后，那效率可想而知。

而查询是业务系统中最频繁的操作，一般项目的写/读请求比例遵循三七定律，所以提升数据库的查询性能至关重要。这就如同小时候查新华字典，通过目录索引能快速找到目标汉字，MySQL也提供了索引机制来提升查询效率。

既然字典中都存在目录索引页，能帮助小时候的我们快速检索汉字，那这个思想能否应用到数据库中来呢？答案是当然可以，并且MySQL也提供了索引机制，索引是数据库中的核心组件之一，一张表中建立了合适的索引后，往往在面对海量数据查询时，能够事半功倍，接下来一起探讨一下MySQL的索引。

二、MySQL索引机制概述

2.1 MySQL索引的创建方式

• 使用CREATE语句创建：

CREATE INDEX indexName ON tableName (columnName(length) [ASC|DESC]);

此方式可给已存在的表结构添加索引，需指定索引名、表名、字段名等。INDEX也可更改为KEY，用于创建普通索引。

• 使用ALTER语句创建：

ALTER TABLE tableName ADD INDEX indexName(columnName(length) [ASC|DESC]);

参数与CREATE语句类似。

• 建表时DDL语句中创建：

CREATE TABLE tableName(columnName1 INT(8) NOT NULL,columnName2 ....,.....,INDEX [indexName] (columnName(length))
);

适合在库表设计时确定索引项的情况。

2.2 查询、删除、指定索引

• 查询索引：使用SHOW INDEX FROM tableName;命令可查询表中拥有的索引。查询结果各字段含义如下：
  • Table：当前索引所属表。
  • Non_unique：是否为唯一索引，0是，1不是。
  • Key_name：索引名字。
  • Seq_in_index：联合索引中字段的排序。
  • Column_name：索引所在字段。
  • Collation：字段值在索引中的存储方式，A表示有序，NULL表示无序。
  • Cardinality：索引的散列程度。
  • Sub_part：索引使用字段值的字符数，NULL表示全部。
  • Packed：索引存储字段值的压缩方式，NULL表示未压缩。
  • Null：索引字段值中是否存在NULL值。
  • Index_type：索引的结构。
  • Comment：索引的备注信息。
• 删除索引：使用DROP INDEX indexName ON tableName;语句删除索引。
• 指定索引：使用SELECT * FROM table_name FORCE INDEX(index_name) WHERE …;为查询语句强制指定索引，但需注意查询SQL要能走指定的索引字段。

2.3 数据库索引的本质

数据库基于磁盘工作，索引也是数据的一种，最终会在磁盘生成本地文件。索引文件的存储方式由索引的数据结构决定，不同存储引擎下的索引文件格式也不同。建立索引时，表数据越少越好，因为创建索引需要基于原表数据在磁盘创建新的本地索引文件，数据量越大，创建耗时越长。

三、MySQL的索引分类

3.1 数据结构层次

MySQL索引支持的数据结构有：

• B+Tree类型：最常用，大部分引擎支持，有序。
• Hash类型：大部分存储引擎支持，字段值不重复时查询最快，无序。
• R-Tree类型：MyISAM引擎支持，是空间索引的默认结构类型。
• T-Tree类型：NDB - Cluster引擎支持，用于MySQL - Cluster服务。

创建索引时，默认数据结构为B+Tree，可通过USING关键字指定其他支持的结构。索引分为有序和无序，由数据结构决定。

3.2 字段数量层次

• 单列索引：基于一个字段建立的索引，包括唯一索引、主键索引、普通索引等。
• 多列索引：由多个字段组合建立的索引，也叫组合索引、联合索引等。使用多列索引时，查询条件需包含第一个字段才能使用。

此外，还有前缀索引，即使用字段值的前N个字符创建的索引，可节省存储空间并提升性能。

3.3 功能逻辑层次

从功能逻辑划分，索引主要分为普通索引、唯一索引、主键索引、全文索引、空间索引。

• 全文索引：类似于ES、Solr搜索中间件中的分词器，只能创建在文本类型字段上，查询条件字符数量必须大于3才生效。创建时需使用FULLTEXT关键字，5.6版本的MySQL中，存储引擎必须为MyISAM才能创建，若要支持中文，需指定解析器with parser ngram。

• 空间索引：基于GIS空间数据，用于管理地理信息的数据结构，在地理相关项目中应用较多。MySQL支持GEOMETRY、POINT、LINESTRING、POLYGON四种空间数据类型，空间索引基于这些类型的字段建立。

3.4 存储方式层次

• 聚簇索引：逻辑和物理空间上都连续，索引数据和表数据在磁盘中的位置在一起。一张表只能有一个聚簇索引，一般选用主键作为聚簇索引。
• 非聚簇索引：逻辑上连续，物理空间上不连续，索引节点和表数据通过物理地址维护联系。

3.5 索引分类小结

MySQL的索引从不同角度有多种分类方式，以功能逻辑层次划分是最常用的方式。通过对不同层次索引的了解，能更系统地认识MySQL的索引机制。

四、MySQL其他索引的创建使用方式

4.1 唯一索引的创建与使用

使用UNIQUE关键字创建唯一索引，若表中字段值存在相同值，则无法创建。创建成功后，对表具备唯一约束作用，插入相同值会报错。

-- 方式①
CREATE UNIQUE INDEX indexName ON tableName (columnName(length));
-- 方式②
ALTER TABLE tableName ADD UNIQUE INDEX indexName(columnName);
-- 方式③
CREATE TABLE tableName(columnName1 INT(8) NOT NULL,columnName2 ....,.....,UNIQUE INDEX [indexName] (columnName(length))
);

4.2 主键索引的创建与使用

使用PRIMARY关键字创建主键索引，创建时必须将索引字段先设为主键，不能使用CREATE语句创建，关键字要换成KEY。一般主键索引在建表的DDL语句中创建。

-- 方式①
ALTER TABLE tableName ADD PRIMARY KEY indexName(columnName);
-- 方式②
CREATE TABLE tableName(columnName1 INT(8) NOT NULL,columnName2 ....,.....,PRIMARY KEY [indexName] (columnName(length))
);

4.3 全文索引的创建与使用

创建全文索引需使用FULLTEXT关键字，有版本和字段类型等限制。使用时需了解最小搜索长度和最大搜索长度的概念，有自然语言模式、布尔搜索模式、查询拓展搜索三种搜索模式。

-- 方式①
ALTER TABLE tableName ADD FULLTEXT INDEX indexName(columnName);
-- 方式②
CREATE FULLTEXT INDEX indexName ON tableName(columnName);

4.4 空间索引的创建与使用

使用SPATIAL关键字创建空间索引，目前仅MyISAM引擎支持，且必须建立在特定的空间数据类型字段上。

ALTER TABLE tableName ADD SPATIAL KEY indexName(columnName);

4.5 联合索引的创建与使用

使用多个字段建立联合索引，可使用INDEX、UNIQUE INDEX、FULLTEXT INDEX等关键字。查询条件需包含第一个字段才能触发联合索引。

CREATE INDEX indexName ON tableName (column1(length),column2...);
ALTER TABLE tableName ADD INDEX indexName(column1(length),column2...);

五、总结

通过这个21天的Python计划，我们涵盖了MySQL索引机制从基础到应用。希望这些内容能帮助你更好地理解和使用Python。继续学习和实践，你将成为一名优秀的Python开发者！