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巧妙使用联合索引和ICP优化SQL

MySQLDBA修炼之路 2021-03-17
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二级索引(非主键索引),也叫辅助索引,其中有联合索引这种多列索引

其B+树结构如图,name字段建立了一个索引,辅助索引的叶子节点带有主键值和该列值,如果是联合索引,则多对应的层数,支节点(name)之后还有支节点(age)..,多层构建成一颗辅助索引B+tree,所以,联合索引遵循最佳左前缀匹配原则,因为,一旦跳过最上层的支节点,也就无法一层一层定位到需要查找的数据,就只能全表扫描或者index全索引扫描,这也是联合索引如果中间某个字段进行了范围查找,那么其后面的列也就无法走到索引的原因。

联合索引的最左匹配原则

索引的目的其实就是为了提高数据查询的效率,联合索引也一样,使用联合索引时,一定要注意符合最左匹配原则:在通过联合索引检索数据时,从索引中最左边的列开始,一直向右匹配,如果遇到范围查询(>、<、between、like等),就停止后边的匹配。

假如对字段 (a, b, c) 建立联合索引,如下查询语句可以使用到索引

where a = xxx 

where a = xxx and b = xxx 

where a = xxx and b = xxx and c = xxx 

where a like 'xxx%' 

where a > xxx where a = xxx order by b 

where a = xxx and b = xxx order by c 

group by a

当然,像如下:

where b = xxx and a = xxx 

where a = xxx and c = xxx and b = xxx

查询条件书写顺序不影响对联合索引的使用,因为执行 sql 的时候,MySQL优化器会帮我们调整 where 后 a,b,c 的顺序,让我们用上索引。

而还有一些语句是只能用到联合索引的一部分的。

where a = xxx and c = xxx 可以用到 a 列的索引,用不到 c 列索引。where a like 'xxx%' and b = xxx 可以用到 a 列的索引,用不到 b 列的索引。 

where a > xxx and b = xxx 可以用到 a 列的索引,用不到 b 列的索引。

最需要注意类似下边的这些查询

where b = xxx

where c = xxx 

where a like '%xxx'           -- 不满足最左前缀

where d = xxx order by a -- 出现非排序使用到的索引列 d

where a + 1 = xxx             -- 使用函数、运算表达式及类型隐式转换等

如何选择合适的索引列顺序

建立联合索引时,一般我们遵循的经验是:将选择性最高的列放在索引的最前列。这在某些场景下比较有用,但通常不如避免随机IO和排序那么重要。正确的顺序应该依赖于使用该索引的查询,并且同时需要考虑如何更好的满足排序和分组的需要。

where a = xxx and b = xxx and c = xxx 如果我们的查询是这样的,建索引时,就可以考虑将选择性高的列放在索引的最前列,选择性低的放后边。

如果是 where a > xxx and b = xxx 或 where a like 'xxx%' and b = xxx 这样的语句,可以对 (b, a) 建立索引。

如果是 where a = xxx order by b 这样的语句,可以对 (a, b) 建立索引。

索引下推(索引条件下推)

创建如下表,idx_name 是联合索引,索引列为 (name,age)

CREATE TABLE `t_user` (  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',

 `name` varchar(32) NOT NULL COMMENT '姓名',

 `age` tinyint(3) unsigned NOT NULL COMMENT '年龄',

 `gender` tinyint(3) unsigned NOT NULL COMMENT '性别:1男,0女',

 PRIMARY KEY (`id`),  

KEY `idx_name` (`name`,`age`) )

ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

什么是索引下推(Index Condition Pushdown,ICP)呢?我们通过例子来了解下。

假设我们想从一开始创建的表中,查询 name 以 ‘L’ 开头,并且 age 为 17 的人员信息。

select * from t_user where name like 'L%' and age = 17;

在不用索引下推的情况下,根据前边"最左匹配原则"描述的那样,该查询在联合索引中只有 name 列可以使用到索引,age 列是用不到索引的。在扫描 (‘name’, age) 索引树时,根据 name like 'L%' 这个条件,可以查找到 LiLei、Lili、Lisa、Lucy 四条索引数据,接下来,再根据这四条索引数据中的 id 值,逐一进行回表扫描,从聚簇索引中找到相应的行数据,将找到的行数据返回给 server 层。server 层中,再根据 age = 17 这个条件进行筛选,最终只留下 Lucy 用户的数据信息。

不用索引下推的过程,如下图示:

在使用索引下推的情况下,存储引擎层还是先根据 name like 'L%' 这个条件,查找到 LiLei、Lili、Lisa、Lucy 四条索引数据,不过接下来不是直接进行回表操作,而是根据 age = 17 这个条件,对四条索引数据进行判断筛选,将符合条件的索引对应的 id 进行回表扫描,最终将找到的行数据返回给 server 层。(也就是我们把本应该在 server 层进行筛选的条件,下推到存储引擎层来进行筛选判断了。这个下推的前提是索引中有 age 列信息,如果是其它条件,如 gender = 0,这个即使下推下来也没用)

使用索引下推的过程,如下图示:

由上比较可以看出,使用索引下推优化,可以有效减少回表次数,也可以减少 server 层从存储引擎层接收数据的次数,从而大大提升查询效率。

索引下推是 MySQL 5.6 及以上版本上推出的,用于对查询进行优化。默认情况下,索引下推处于启用状态。我们可以使用如下命令来开启或关闭。

set optimizer_switch='index_condition_pushdown=off'; -- 关闭索引下推

set optimizer_switch='index_condition_pushdown=on'; -- 开启索引下推

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