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為什么SQL語句命中索引比不命中索引要快?

數(shù)據(jù)庫 MySQL
想象一下,現(xiàn)在有一本包含幾十萬字的字典,有幾百頁厚,同時(shí)里面的字是無序排列的。如果在不使用目錄的情況下,我們?nèi)绾螐淖值渲姓页鲂枰淖謥砟兀?/div>

?有位粉絲面試高開的時(shí)候被問到,為什么SQL語句命中索引比不命中索引要快?雖然自己也知道答案,但被問到的瞬間,就不知道如何組織語言了。今天,我給大家深度分析一下。

1.索引的作用

想象一下,現(xiàn)在有一本包含幾十萬字的字典,有幾百頁厚,同時(shí)里面的字是無序排列的。如果在不使用目錄的情況下,我們?nèi)绾螐淖值渲姓页鲂枰淖謥砟兀亢翢o疑問,我們只能一頁一頁地翻,顯然,這是一項(xiàng)反人類的的工作。

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我們必然想的是先看目錄,然后,找到相關(guān)的字或者偏旁,然后,找到對(duì)應(yīng)的頁碼再去查找想要找的文字,這樣,效率就大大提高了。而事實(shí)上,目錄就是一種索引,我們說的數(shù)據(jù)庫索引思想和目錄的思想一脈相承。

數(shù)據(jù)庫索引最主要的作用就是幫助我們快速檢索到想要的數(shù)據(jù),從而不至于每次查詢都做全局掃描。

假設(shè)不使用任何算法的情況下,我們要查詢10萬條記錄中的某一條,在最壞的情況下需要遍歷10萬次。

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但如果使用二分查找算法,則只需要進(jìn)行l(wèi)og2 20000次,也就是14.287712次即可。這意味著我們只需對(duì)排序后的值進(jìn)行14次搜索,就可以使用二分查找到想要的唯一值,常見的索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有B樹和B+樹。

下面我們,以MySQL的InnoDB引擎為例,分析一下索引的工作原理。

2.索引執(zhí)行原理

我們知道MySQL的InnoDB引擎采用的是B+樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),當(dāng)我們?nèi)?zhí)行SELECT語句查詢數(shù)據(jù)的時(shí)候,InnoDB需要從磁盤上去讀取數(shù)據(jù),而這個(gè)過程會(huì)涉及到磁盤 以及磁盤的隨機(jī)IO ,我們來看這么一個(gè)圖:

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系統(tǒng)會(huì)把數(shù)據(jù)的邏輯地址傳給磁盤,磁盤控制線路按照尋址邏輯把邏輯地址翻譯成物理地址。也就是確定要讀取的數(shù)據(jù)在哪個(gè)磁道、哪個(gè)扇區(qū)。為了讀取這個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù),需要把磁頭放在這個(gè)扇區(qū)上面,為了實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)點(diǎn),磁盤會(huì)不斷地去旋轉(zhuǎn)。把目標(biāo)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下面,使得磁頭能夠去找到對(duì)應(yīng)的磁道。這里還會(huì)涉及到尋道的時(shí)間以及旋轉(zhuǎn)時(shí)間的一個(gè)損耗。很明顯磁盤IO這個(gè)過程的性能開銷是非常大的,尤其是查詢的數(shù)據(jù)量比較多的情況下。

所以InnotDB里面,干脆對(duì)存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)建立一個(gè)索引,然后把索引數(shù)據(jù)以及索引列對(duì)應(yīng)的磁盤地址以B+樹的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。來看這么一個(gè)圖:

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當(dāng)我們需要查找目標(biāo)數(shù)據(jù)的時(shí)候,根據(jù)索引從B+樹中去查找目標(biāo)數(shù)據(jù)就行了。由于B+樹的子樹比較多,所以,只需要較少次數(shù)的磁盤IO就能夠查找到目標(biāo)數(shù)據(jù)。

至于B+樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在這里就不分析了。大家可以去我的個(gè)人主頁看往期視頻有講到。

3.索引的弊端

雖然,使用索引能減少磁盤IO次數(shù),提高查詢效率,但是,索引也不能建立太多。如果一個(gè)表中所有字段的索引很大,也會(huì)導(dǎo)致性能 l下降。想象一下,如果一個(gè)索引和一個(gè)表一樣長,那么它將再次成為一個(gè)需要檢查的開銷。這就好比字典的目錄非常詳細(xì),但是其長度已經(jīng)和所有的文字一樣長,這個(gè)時(shí)候目錄本身的效率就大大下降了。

那索引有弊端嗎?肯定是有的,索引可以提高查詢讀取性能,而它會(huì)將降低寫入性能。當(dāng)有索引時(shí),如果更改一條記錄,或者在數(shù)據(jù)庫中插入一條新的記錄,它將執(zhí)行兩個(gè)寫入操作(一個(gè)操作是寫入記錄本身,另一個(gè)操作是將更新索引)。

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因此,在定義索引時(shí),必須牢記以下幾點(diǎn):

  • 索引表中的每個(gè)字段將降低寫入性能。
  • 建議使用表中的唯一值為字段編制索引。
  • 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中充當(dāng)外鍵的字段必須建立索引,因?yàn)樗鼈冇兄诳缍鄠€(gè)表進(jìn)行復(fù)雜查詢。
  • 索引還使用磁盤空間,因此在選擇要索引的字段時(shí)要小心。

責(zé)任編輯:武曉燕 來源: Tom彈架構(gòu)
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