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为什么要有索引？

索引是一种特殊的数据结构，用于帮助数据库系统高效地获取数据。类似于字典的目录，索引可以显著减少查询数据时所需的全表扫描次数，从而提高查询速度。

什么是MySQL索引？

MySQL索引是一种数据结构，用于帮助数据库系统快速找到数据表中的特定记录。索引类似于书的目录，通过索引，数据库可以快速定位到数据表中的某一行，而无需逐行扫描整个表。

MySQL索引的作用：

1. 显著提升查询速度：索引可以显著提高查询速度，尤其是在数据量较大的情况下。
2. 降低磁盘I/O次数：索引能够减少为获取表中某条记录而进行磁盘I/O的次数。
3. 优化排序与分组操作：索引有助于优化排序和分组操作，提高查询效率。
4. 提升复杂查询的性能：索引对复杂的查询操作，如表连接、查找最大值、最小值等，提供支持。

MySQL索引的类型：

• 主键索引：唯一标识表中的每一行记录。
• 唯一索引：确保索引列中的所有值都是唯一的。
• 普通索引：最基本的索引类型，没有唯一性限制。
• 全文索引：用于全文搜索的索引。
• 空间数据索引：用于处理空间数据的索引。

MySQL索引的创建与使用：

在MySQL中，可以通过以下语句创建索引：

sql复制代码

CREATE INDEX index_name ON table_name (column_name);

例如，创建一个名为idx_username的索引在t_user表的username列上：

sql复制代码

CREATE INDEX idx_username ON t_user (username);

MySQL索引的优缺点：

优点：

1. 提高查询效率：在数据量较大的表中，索引能够显著加快查询速度。
2. 优化排序和分组操作：索引可以帮助数据库在执行排序和分组操作时提高效率。
3. 减少磁盘I/O操作：索引能够引导数据库系统直接定位到需要的数据页，减少了读取无关数据页的磁盘I/O操作。

缺点：

1. 增加存储成本：索引本身需要占用一定的存储空间。
2. 降低写入性能：在对数据表进行插入、更新和删除操作时，数据库需要同时维护索引的正确性，增加了写入操作的负担。
3. 可能导致索引失效：如果查询条件不符合索引的使用规则，或者数据库的统计信息不准确，可能会导致索引失效。

MySQL索引的底层结构：

MySQL索引的底层结构需要满足两大核心要求：

1. 磁盘I/O高性能：在数据库系统中，磁盘I/O操作通常是性能瓶颈所在。索引结构需要尽量减少磁盘I/O次数。
2. 范围查找支持：范围查找是数据库查询中非常常见的操作类型，索引结构需要能够高效支持范围查找。

主要数据结构的特性对比：

1. 二叉树（Binary Tree）：
   • 特点：每个节点最多有两个子节点。
   • 缺点：节点颗粒太小，存储比较分散，磁盘I/O开销大；范围查询效率低；难以保持平衡。
2. 二叉搜索树（Binary Search Tree，BST）：
   • 特点：左子树上所有节点的值均小于根节点的值，右子树上所有节点的值均大于根节点的值。
   • 缺点：与二叉树类似，磁盘I/O开销大，范围查询效率低，难以保持平衡。
3. 平衡二叉搜索树（AVL树）：
   • 特点：自平衡的二叉搜索树，左右子树的高度差不超过1。
   • 缺点：磁盘I/O操作较多，更新操作开销较大。
4. 红黑树（Red-Black Tree）：
   • 特点：每个节点要么是红色，要么是黑色，满足一系列性质以保持平衡。
   • 缺点：磁盘I/O操作频繁，存储成本较高，更新操作复杂且成本高。
5. B树（B-Tree）：
   • 特点：多路平衡查找树，每个节点存储多个键值和指针。
   • 缺点：不支持范围查询的快速查找，每个节点的data存储的是行记录，树高度较大，IO次数较多。
6. B+树（B+ Tree）：
   • 特点：B树的变种，非叶子节点不存储实际数据记录，只存储关键字的索引；所有数据记录都存储在叶子节点上，并且叶子节点之间通过指针连接成一个有序链表。
   • 优点：树高度较低，减少了磁盘I/O次数；支持高效的范围查找。

为什么InnoDB使用B+树而不是B树？

1. B+树的非叶子节点不存储data：这使得非叶子节点可以存储更多的key，从而使树更矮，减少了IO操作次数。
2. B+树的所有叶结点构成一个有序链表：便于区间查找和顺序遍历，提高了范围查询的效率。

MyISAM与InnoDB的区别：

1. 事务支持：MyISAM是非事务安全的，而InnoDB是事务安全的。
2. 锁粒度：MyISAM锁的粒度是表级的，而InnoDB支持行级锁。
3. 索引类型：MyISAM支持全文类型索引，而InnoDB不支持全文索引。
4. 适用场景：MyISAM相对简单，效率上要优于InnoDB，适用于小型应用或大量select操作；InnoDB用于事务处理，具有ACID事务支持等特性，适用于大量insert和update操作。

通过了解这些底层结构和存储引擎的区别，可以更好地理解MySQL索引的工作原理和适用场景，从而在实际应用中做出更合理的选择和优化。