数据库索引和索引底层实现原理

索引的概念和优点

概念：
索引存储在内存中，为服务器存储引擎为了快速找到记录的一种数据结构。索引的主要
作用是加快数据查找速度，提高数据库的性能。
优点：
(1) 创建唯一性索引，保证数据库表中每一行数据的唯一性
(2) 大大加快数据的检索速度，这也是创建索引的最主要的原因
(3) 加速表和表之间的连接，特别是在实现数据的参考完整性方面特别有意义。
(4) 在使用分组和排序子句进行数据检索时，同样可以显著减少查询中分组和排序的时间

索引的分类

(1) 普通索引：最基本的索引，它没有任何限制。

(2) 唯一索引：与普通索引类似，不同的就是索引列的值必须唯一，但允许有
空值。如果是组合索引，则列值的组合必须唯一。
(3) 主键索引：它是一种特殊的唯一索引，用于唯一标识数据表中的某一条记
录，不允许有空值，一般用 primary key 来约束。
(4) 联合索引（又叫复合索引）：多个字段上建立的索引，能够加速复合查询
条件的检索。
(5) 全文索引：老版本 MySQL 自带的全文索引只能用于数据库引擎为
MyISAM 的数据表，新版本 MySQL 5.6 的 InnoDB 支持全文索引。默认 MySQL
不支持中文全文检索，可以通过扩展 MySQL，添加中文全文检索或为中文内容表提供
一个对应的英文索引表的方式来支持中文。

索引的底层实现原理

1. 索引结构

索引是在 Mysql 的存储引擎(InnoDB,MyISAM)层中实现的, 而不是在服务层实现
的. 所以每种存储引擎的索引都不一定完全相同, 也不是所有的存储引擎都支持所有的索引
类型的, Mysql 目前提供了以下 4 种索引:
B+Tree 索引: 最常见的索引类型, 大部分索引都支持 B+树索引. Hash 索引: 只有 Memory 引擎支持, 使用场景简单. R-Tree 索引(空间索引): 空间索引是 MyISAM 引擎的一个特殊索引类型, 主要地理
空间数据, 使用也很少. S-Full-text(全文索引): 全文索引也是 MyISAM 的一个特殊索引类型, 主要用于全
文索引, InnoDB 从 Mysql5.6

2. BTree 结构

B+Tree 是在 BTree 基础上进行演变的, 所以我们先来看看 BTree, BTree 又叫多路

平衡搜索树, 一颗 m 叉 BTree 特性如下

(1) 树中每个节点最多包含 m 个孩子.

(2) 除根节点与叶子节点外, 每个节点至少有[ceil(m/2)] 个孩子(ceil 函数指向上取整).

(3) 若根节点不是叶子节点, 则至少有两个孩子.

(4) 每个非叶子节点由 n 个 Key 和 n+1 个指针组成, 其中 [ceil(m/2) -1 ] <= n <= m-1. 以 5 叉 BTree 为例, key 的数量: 公式推导 [ceil(m/2) -1 ] <= n <= m-1. 所以 2 <= n <= 4, 中间节点分裂父节点,两边节点分裂

3.B+Tree 结构

B+Tree 为 BTree 的变种, B+Tree 与 BTree 的区别:

1.B+Tree 的叶子节点保存所有的 key 信息, 依 key 大小顺序排列.

2.B+Tree 叶子节点元素维护了一个单项链表. 所有的非叶子节点都可以看作是 key 的索引部分

B+Tree 查询效率更稳定. Mysql 中的 B+Tree

MySql 索引数据结构对经典的 B+Tree 进行了优化, 在原 B+Tree 的基础上, 增加

了一个指向相邻叶子节点的链表指针, 就形成了带有顺序指针的 B+Tree, 提高区间访问的

性能

MySql 中的 B+Tree 索引结构示意图: