實例詳解MySQL索引最左匹配原則

WBOY
發布: 2022-09-16 20:23:11
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#準備

為了方面後續的說明,我們先建立一個如下的表格(MySQL5.7),表格中共有5個欄位(abcde# ),其中a為主鍵,有一個由bcd#組成的聯合索引,儲存引擎為InnoDB,插入三個測試資料。 強烈建議自己在MySQL中嘗試本文的所有語句。

CREATE TABLE `test` (
  `a` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `b` int DEFAULT NULL,
  `c` int DEFAULT NULL,
  `d` int DEFAULT NULL,
  `e` int DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY(`a`),
  KEY `idx_abc` (`b`,`c`,`d`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

INSERT INTO test(`a`, `b`, `c`, `d`, `e`) VALUES (1, 2, 3, 4, 5);
INSERT INTO test(`a`, `b`, `c`, `d`, `e`) VALUES (2, 2, 3, 4, 5);
INSERT INTO test(`a`, `b`, `c`, `d`, `e`) VALUES (3, 2, 3, 4, 5);
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這時候,我們如果執行下面這個SQL語句,你覺得會走索引嗎?

SELECT b, c, d FROM test WHERE d = 2;
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如果你按照最左匹配原則(簡述為在聯合索引中,從最左邊的字段開始匹配,若條件中字段在聯合索引中符合從左到右的順序則走索引,否則不走,可以簡單理解為(a, b, c)的聯合索引相當於創建了a索引、(a, b)索引和(a, b, c)索引),這句話顯然是不符合這個規則的,它走不了索引,但是我們用EXPLAIN語句分析,會發現一個很有趣的現象,它的輸出如下是使用了索引的。

這就很奇怪了,最左邊匹配原則失效了嗎?事實上,並沒有,我們一步一步來分析。

理論詳解

由於現在基本上以InnoDB引擎為主,我們以InnoDB為例進行主要說明。

聚集索引和非聚集索引

MySQL底層使用B 樹來儲存索引,資料均存在葉子節點上。對於InnoDB而言,主鍵索引和行記錄時儲存在一起的,因此稱為聚集索引(clustered index)。除了聚集索引,其他都稱為非聚集索引(secondary index),包括普通索引、唯一索引等。

在InnoDB中,只存在一個聚集索引:

  • 若表存在主鍵,則主鍵索引就是聚集索引;
  • 若表不存在主鍵,則會把第一個非空的唯一索引當作聚集索引;
  • 否則,會隱式定義一個rowid作為聚集索引。

我們以下圖為例,假設現在有一個表,存在id、name、age三個字段,其中id為主鍵,因此id為聚集索引,name建立索引為非聚集索引。關於id和name的索引,有如下的B 樹,可以看到,聚集索引的葉子節點儲存的是主鍵和行記錄,非聚集索引的葉子節點儲存的是主鍵。

回表查詢

從上面的索引儲存結構來看,我們可以看到,在主鍵索引樹上,透過主鍵就可以一次性找出我們所需要的數據,速度很快。這很直觀,因為主鍵就和行記錄儲存在一起,定位到了主鍵就定位到了所要找的包含所有欄位的記錄。

但是對於非聚集索引,如上面的右圖,我們可以看到,需要先根據name所在的索引樹找到對應主鍵,然後透過主鍵索引樹查詢到所要的記錄,這個過程叫做回表查詢。

索引覆蓋

上面的回表查詢無疑會降低查詢的效率,那麼有沒有辦法讓它不回表呢?這就是索引覆蓋。所謂索引覆蓋,就是說,在使用這個索引查詢時,使它的索引樹的葉子節點上的資料可以覆蓋你查詢的所有字段,就可以避免回表了。我們回到一開始的例子,我們建立的(b,c,d)的聯合索引,因此當我們查詢的欄位在b、c、d中的時候,就不會回表,只需要查看一次索引樹,這就是索引覆蓋。

最左邊匹配原則

指的是聯合索引中,優先走最左邊列的索引。對於多個欄位的聯合索引,也同理。如 index(a,b,c) 聯合索引,則相當於創建了 a 單列索引,(a,b)聯合索引,和(a,b,c)聯合索引。

我們可以執行下面的幾個語句來驗證一下這個原則。

EXPLAIN SELECT * FROM test WHERE b = 1;
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EXPLAIN SELECT * FROM test WHERE b = 1 and c = 2;
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EXPLAIN SELECT * FROM test WHERE b = 1 and c = 2 and d = 3;
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接着,我们尝试一条不符合最左原则的查询,它也如图预期一样,走了全表扫描。

EXPLAIN SELECT * FROM test WHERE d = 3;
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详细规则

我们先来看下面两个语句,他们的输出如下。

EXPLAIN SELECT b, c from test WHERE b = 1 and c = 1;
EXPLAIN SELECT b, d from test WHERE d = 1;
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id|select_type|table|partitions|type|possible_keys|key    |key_len|ref        |rows|filtered|Extra      |
--+-----------+-----+----------+----+-------------+-------+-------+-----------+----+--------+-----------+
 1|SIMPLE     |test |          |ref |idx_bcd      |idx_bcd|10     |const,const|   1|   100.0|Using index|
i
d|select_type|table|partitions|type |possible_keys|key    |key_len|ref|rows|filtered|Extra                   |
--+-----------+-----+----------+-----+-------------+-------+-------+---+----+--------+------------------------+
 1|SIMPLE     |test |          |index|idx_bcd      |idx_bcd|15     |   |   3|   33.33|Using where; Using index|
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显然第一条语句是符合最左匹配的,因此type为ref,但是第二条并不符合最左匹配,但是也不是全表扫描,这是因为此时这表示扫描整个索引树。

具体来看,index 代表的是会对整个索引树进行扫描,如例子中的,列 d,就会导致扫描整个索引树。ref 代表 mysql 会根据特定的算法查找索引,这样的效率比 index 全扫描要高一些。但是,它对索引结构有一定的要求,索引字段必须是有序的。而联合索引就符合这样的要求,联合索引内部就是有序的,你可以理解为order by b,c,d这种排序规则,先根据字段b排序,再根据字段c排序,以此类推。这也解释了,为什么需要遵守最左匹配原则,当最左列有序才能保证右边的索引列有序。

因此,我们总结最后的原则为,若符合最左覆盖原则,则走ref这种索引;若不符合最左匹配原则,但是符合覆盖索引(index),就可以扫描整个索引树,从而找到覆盖索引对应的列,避免回表;若不符合最左匹配原则,也不符合覆盖索引(如本例的select *),则需要扫描整个索引树,并且回表查询行记录,此时,查询优化器认为这样两次查找索引树,还不如全表扫描来得快(因为联合索引此时不符合最左匹配原则,要不普通索引查询慢得多),因此,此时会走全表扫描。

补充:为什么要使用联合索引

减少开销。建一个联合索引(col1,col2,col3),实际相当于建了(col1),(col1,col2),(col1,col2,col3)三个索引。每多一个索引,都会增加写操作的开销和磁盘空间的开销。对于大量数据的表,使用联合索引会大大的减少开销!

覆盖索引。对联合索引(col1,col2,col3),如果有如下的sql: select col1,col2,col3 from test where col1=1 and col2=2。那么MySQL可以直接通过遍历索引取得数据,而无需回表,这减少了很多的随机io操作。减少io操作,特别的随机io其实是dba主要的优化策略。所以,在真正的实际应用中,覆盖索引是主要的提升性能的优化手段之一。

效率高。索引列越多,通过索引筛选出的数据越少。有1000W条数据的表,有如下sql:select from table where col1=1 and col2=2 and col3=3,假设假设每个条件可以筛选出10%的数据,如果只有单值索引,那么通过该索引能筛选出1000W10%=100w条数据,然后再回表从100w条数据中找到符合col2=2 and col3= 3的数据,然后再排序,再分页;如果是联合索引,通过索引筛选出1000w10% 10% *10%=1w,效率提升可想而知!

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