MySQL InnoDB 的索引模型（B 樹）

目錄一、innodb 的索引模型

二、索引維護

三、mysql-innodb索引二次查詢解決方案

3.1 為什麼會造成二級查詢

3.2 解決方案

3.2.1 索引覆蓋

3.2.2 延時關聯

四、小結

在 mysql 中，索引是在儲存引擎層實現的，所以並沒有統一的索引標準，即不同儲存引擎的索引的工作方式並不一樣。而即使多個儲存引擎支援同一種型別的索引，其底層的實現也可能不同。由於 innodb 儲存引擎在 mysql 資料庫中使用最為廣泛，所以下面我就以 innodb 為例，和你分析一下其中的索引模型。

在 innodb 中，表都是根據主鍵順序以索引的形式存放的，這種儲存方式的表稱為索引組織表。又因為前面我們提到的，innodb 使用了b+樹索引模型，所以資料都是儲存在 b+ 樹中的。

每乙個索引在 innodb 裡面對應一棵 b+ 樹。

假設，我們有乙個主鍵列為 id 的表，表中有字段 k，並且在 k 上有索引。

這個表的建表語句是：

mysql> create table t(
id int primary key, 
k int not null, 
name varchar(16),
index (k))engine=innodb;

表中 r1~r5 的 (id,k) 值分別為 (100,1)、(200,2)、(300,3)、(500,5) 和 (600,6)，兩棵樹的示例示意圖如下。

從圖中不難看出，根據葉子節點的內容，索引型別分為主鍵索引和非主鍵索引。

根據上面的索引結構說明，我們來討論乙個問題：基於主鍵索引和普通索引的查詢有什麼區別？

也就是說，基於非主鍵索引的查詢需要多掃瞄一棵索引樹。因此，我們在應用中應該盡量使用主鍵查詢。

b+ 樹為了維護索引有序性，在插入新值的時候需要做必要的維護。以上面這個圖為例，如果插入新的行

id 值為

700，則只需要在

r5 的記錄後面插入乙個新記錄。如果新插入的

id 值為

400，就相對麻煩了，需要邏輯上挪動後面的資料，空出位置。

而更糟的情況是，如果 r5 所在的資料頁已經滿了（即乙個資料頁中儲存的索引資料超過了規定的度數），根據 b+ 樹的演算法，這時候需要申請乙個新的資料頁，然後挪動部分資料過去。這個過程稱為頁**。在這種情況下，效能自然會受影響。

除了效能外，頁**操作還影響資料頁的利用率。原本放在乙個頁的資料，現在分到兩個頁中，整體空間利用率降低大約 50%。

當然有**就有合併。當相鄰兩個頁由於刪除了資料，利用率很低之後，會將資料頁做頁合併。合併的過程，可以認為是**過程的逆過程。

基於上面的索引維護過程說明，我們來討論乙個案例：

你可能在一些建表規範裡面見到過類似的描述，要求建表語句裡一定要有自增主鍵。當然事無絕對，我們來分析一下哪些場景下應該使用自增主鍵，而哪些場景下不應該。

自增主鍵是指自增列上定義的主鍵，在建表語句中一般是這麼定義的：

not null primary key auto_increment

插入新記錄的時候可以不指定 id 的值，系統會獲取當前 id 最大值加 1 作為下一條記錄的 id 值。

也就是說，自增主鍵的插入資料模式，正符合了我們前面提到的遞增插入的場景。每次插入一條新記錄，都是追加操作，都不涉及到挪動其他記錄，也不會觸發葉子節點的**。

而有業務邏輯的字段做主鍵，則往往不容易保證有序插入，這樣寫資料成本相對較高（也就是上面涉及到的插入資料時出現的效能損耗）。

除了考慮效能外，我們還可以從儲存空間的角度來看。假設你的表中確實有乙個唯一字段，比如字串型別的身份證號，那應該用身份證號做主鍵，還是用自增欄位做主鍵呢？

由於每個非主鍵索引的葉子節點上都是主鍵的值。如果用身份證號做主鍵，那麼每個二級索引的葉子節點占用約 20 個位元組，而如果用整型做主鍵，則只要 4 個位元組，如果是長整型（bigint）則是 8 個位元組。

顯然，主鍵長度越小，普通索引的葉子節點就越小，普通索引占用的空間也就越小。

所以，從效能和儲存空間方面考量，自增主鍵往往是更合理的選擇。

有沒有什麼場景適合用業務字段直接做主鍵的呢？還是有的。比如，有些業務的場景需求是這樣的：

只有乙個索引；

該索引必須是唯一索引。

你一定看出來了，這就是典型的 kv 場景。

由於沒有其他索引，所以也就不用考慮其他索引的葉子節點大小的問題。

這時候我們就要優先考慮上一段提到的「盡量使用主鍵查詢」原則，直接將這個索引設定為主鍵，可以避免每次查詢需要搜尋兩棵樹。

因為innodb二級索引儲存的是主鍵，所以通過索引查詢時，第一次查詢是通過二級索引找到主鍵值，第二次查詢是通過主鍵在聚簇索引找到對應的行位置

乙個包含查詢所需的字段的索引稱為

covering

index

覆蓋索引。

mysql

只需要通過索引就可以返回查詢所需要的資料，而不必在查到索引之後進行回表操作，減少

io，提供效率。

select index_column from table 1

只要讓二級索引包含了要查詢的字段，則不需要再去聚簇索引進行二次查詢

延遲關聯：通過使用

覆蓋索引

查詢返回需要的主鍵,

再根據主鍵

關聯原表獲得需要的資料。

select * from orders o 
inner join 
(select order_id from orders where addtime = '') o1 
on o.order_id = o1.order_id;

在優化分頁查詢時用到了延時關聯提高查詢效率

select * from orders o1 inner join (select order_id from orders order by addtime limit 1902,20) o2 on o1.order_id = o2.order_id

今天，我跟你分析了資料庫引擎可用的資料結構，介紹了 innodb 採用的 b+ 樹結構，以及為什麼 innodb 要這麼選擇。b+ 樹能夠很好地配合磁碟的讀寫特性，減少單次查詢的磁碟訪問次數。盡量將b+樹的資料頁大小設定的和磁碟的頁大小一致，可以有效減少io次數（季計算機儲存器是通過頁來管理的，作業系統中學的）

由於 innodb 是索引組織表，一般情況下我會建議你建立乙個自增主鍵，這樣非主鍵索引占用的空間最小。但事無絕對，我也跟你討論了使用業務邏輯字段做主鍵的應用場景。

MySQL InnoDB 的索引模型（B 樹）

關於 Mysql innodb的索引

MySQL Innodb 索引的原理

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MySQL Innodb 索引的原理

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