MySQL引擎、索引和优化（li）

一、存储引擎

　　存储引擎，MySQL中的数据用各种不同的技术存储在文件（或者内存）中。这些技术中的每一种技术都使用不同的存储机制、索引技巧、锁定水平并且最终提供广泛的不同的功能和能力。通过选择不同的技术，你能够获得额外的速度或者功能，从而改善你的应用的整体功能。InnoDB存储引擎是5.5版本后Mysql的默认数据库，事务型数据库的首选引擎，支持ACID事务，支持行级锁定。另外还有常见的MyISAM存储引擎，它拥有较高的插入，查询速度，但不支持事务。所以，很明显：插入不频繁，查询非常频繁，没有事务，用MyISAM；可靠性要求高，表更新频繁，事务多，用InnoDB。

//#查看本机MySQL提供的什么存储引擎
//show ENGINES;
//
//#查看Mysql当前默认的存储引擎
//show variables like '%storage_engine%';
//
//#查看当前表用什么存储引擎（DDL最后）
//show create table idc_work_order_main;

//#修改当前表的存储引擎
//ALTER TABLE idc_work_order_main ENGINE = 'MyISAM'

　　MySQL官方对InnoDB是这样解释的，InnoDB给MySQL提供了具有提交、回滚和奔溃恢复能力的事务安全存储引擎。InnoDB是为处理巨大数据量时的最大性能设计，它的CPU效率可能是任何其它基于磁盘的关系数据库引擎所不能匹敌的。InnoDB存储引擎被完全与MySQL服务器整合，InnoDB存储引擎为在主内存中缓存数据和索引而维持它自己的缓冲池。

　　如果使用innodb存储引擎，我们知道该引擎最主要的特点是transactional和row lock(行级锁)。按理说不会出现表锁才对，但是事实上还是会出现锁表的的情况，也会比较严重，下面主要就是来探讨一下这个问题。查看mysql文档会发现，虽然innodb使用的的row lock(行级锁)，但是在处理具有auto increment字段的表的时候，会使用一种特殊的表锁：AUTO-INC。简单来说就是Innodb会在内存里保存一个计数器用来记录 auto_increment的值，当插入数据时，就会用一个表锁来锁住这个计数器，直到插入结束。一条一条插入问题不大，但是如果高并发插入，就会造成 sql阻塞。

　　解决方案：1.不使用auto increment字段，自己维护主键生成。该方法中选择主键生成策略很重要, 要综合考虑简单和效率问题。假设使用uuid，虽然简单但是会造成该表的主键效率很低（innodb的主键是特殊的index，其他的index会引用主键）。2.升级到最新的5.2版本。

//#MySQL5.1.22版本之前，这种方式的特点就是“表级锁定”，并发性较差
//innodb_autoinc_lock_mode = 0 (“traditional” lock mode：全部使用表锁)
//
//#推荐使用“consecutive”，并发性相对较高，特点是，即保证同一条insert语句中新插入的auto_increment id都是连续的
//innodb_autoinc_lock_mode = 1 (“consecutive” lock mode)
//
//#这种模式是来一个分配一个，而不会锁表，只会锁住分配id的*过程*，和innodb_autoinc_lock_mode = 1的区别在于
//#不会预分配多个，这种方式并发性最高。但是在replication中当binlog_format为statement-based时
//#（简称SBR statement-based replication）存在问题，因为是来一个分配一个，这样当并发执行时，
//#“Bulk inserts”在分配时会同时向其他的INSERT分配，会出现主从不一致（从库执行结果和主库执行结果不一样），因为binlog只会记录开始的 insert id。
//innodb_autoinc_lock_mode = 2 (“interleaved” lock mode：全部使用新方式，不安全，不适合replication)

　　关于数据的拷贝问题，常用的数据表引擎是MyISAM和InnoDB。MyISAM的数据表的后缀名是.frm（表结构）、.myd（数据）和.myi（索引），其索引和数据是分开的，可以直接拷贝；InnoDB的数据表的后缀名是.frm（表结构）和.ibd（数据），索引和数据都在同个文件ibdata*，不能直接拷贝，需要先导出再导入。拷贝完之后别忘了重启数据库服务。

　　既然是存储引擎，那么我们看看这些数据库的存储是什么样的。block是相对于磁盘来讲的，page是相对于内存来讲的。第一幅图是新建一个txt文档，文件写入1，然后再属性中看占用空间的大小，也就是一个block的大小是4k个字节。通过右图的方式可以用来查看内存中页的大小。

磁盘是分block块的，同一表的数据页是以链表的形式串联在一起的，数据库数据按行存在各个block中，并且以block为单位来存取数据。执行一条SQL的时候，从命令解析、确定执行计划、增删改查。这样磁盘的I/O带来了性能问题。如何减少磁盘的I/O次数呢？

// 1.保证读取数据量在合理大小
// 2.保证存取数据能够顺序读取
// 3.减少需要扫描数据占用空间

保证读取数据量在合理大小；保证存取数据能够顺序读取；减少需要扫描数据占用空间。解决措施，就是使用index索引。dense index是稠密索引，也叫全索引。sparse index是稀疏索引。dense indexes是通过对每一个record在磁盘上持久保存一些额外的数据，用于提高查询的效率。Sparse index结合sequential file和dense index file的优点，通过保存部分key K作为它的record，能很好的支持二分查找快速查找record，并且能进一步减少所需的磁盘I/O。

二、索引　　

　　索引是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。介绍MySQL的索引结构，索引原理，进而学习索引的优化。MySQL的索引结构包括：B-tree索引、Tree索引、哈希索引(Hash)、位图索引(Bitmap)、跳表。

//#查看表的当前索引  执行结果显示(Index_type: BTREE)
//SHOW INDEX FROM idc_work_order_main

　　命令用于查看我们的数据库中表的当前索引，执行结果显示当前表结构使用功能的索引是BTREE。通常我们通过如下方式给表建索引：

//#查询表当前使用的索引（表的主键自动建立唯一索引unique index）
//SHOW INDEX FROM idc_work_order_main;
//
//#创建索引index
//CREATE INDEX aaa ON idc_work_order_main(remark)
//DROP INDEX aaa ON idc_work_order_main
//
//#创建唯一索引unique INDEX(唯一的索引意味着两个行不能拥有相同的索引值,否则创建失败)
//CREATE UNIQUE INDEX aaa ON idc_work_order_main(id)
//DROP INDEX aaa ON idc_work_order_main
//
//#创建组合索引
//CREATE INDEX aaa ON idc_work_order_main(id,remark)
//DROP INDEX aaa ON idc_work_order_main

我们知道索引并不是随便乱建的，在考虑是否建索引时，我们一般考虑如下的一些情况：

　　1.表记录太少。如果一个表只有5条记录，采用索引去访问记录的话，那首先需访问索引表，再通过索引表访问数据表，一般索引表与数据表不在同一个数据块，这种情况下至少要往返读取数据块两次。而不用索引的情况下ORACLE会将所有的数据一次读出，处理速度显然会比用索引快。

　　2.经常插入、删除、修改的表。对一些经常处理的业务表应在查询允许的情况下尽量减少索引。

　　3.数据重复，且分布平均的表字段。假如一个表有10万行记录，有一个字段A只有T和F两种值，且每个值的分布概率大约为50%，那么对这种表A字段建索引一般不会提高数据库的查询速度。

　　建立索引，一般是在对针对百万级以上的数据才建立索引的，以期来提高性能。在创建索引时，首先要考虑表空间和磁盘空间是否足够。我们知道索引也是一种数据，在建立索引的时候势必也会占用大量表空间。因此在对一大表建立索引的时候首先应当考虑的是空间容量问题。其次，在对建立索引的时候要对表进行加锁，因此应当注意操作在业务空闲的时候进行。其次考虑因素便是磁盘I/O。物理上应当尽量把索引与数据分散到不同的磁盘上。逻辑上，数据表空间与索引表空间分开。这是在建索引时应当遵守的基本准则。

//一般情况下不鼓励使用like操作，如果非使用不可，如何使用也是一个问题。like “%aaa%” 不会使用索引而like “aaa%”可以使用索引。
//NOT IN和操作都不会使用索引将进行全表扫描。NOT IN可以NOT EXISTS代替，id3则可使用id>3 or id

　　索引结构，当前Mysql版本只有BTree和Hash两种索引类型，默认为BTree。Oracle或其他类型数据库中会有Bitmap索引（位图索引）。下面将主要介绍B树索引、哈希索引、位图索引这三种索引结构。

　　B树（Blance Tree）索引，数据结构原型是多路搜索树，它是一种常见的数据结构，常用做数据库的索引。使用BTree结构可以显著减少定位记录时所经历的中间过程，从而加快存取速度。

// Blance Tree索引不适合的场景：
// 1.单列索引的列不能包含null的记录，复合索引的各个列不能包含同时为null的记录，否则会全表扫描；
// 2.不适合键值较少的列（重复数据较多的列，is_deleted "y" "n"）；
// 3.前导模糊查询不能利用索引(like '%XX'或者like '%XX%')

　　图片展示了B树索引，在插入和删除的时候，对Blance Tree的影响。

　　哈希索引(Hash)，Hash散列索引是根据HASH算法来构建的索引。虽然 Hash 索引效率高，但是 Hash 索引本身由于其特殊性也带来了很多限制和弊端，主要有以下这些:精确查找非常快（包括= <> 和in），其检索效率非常高，索引的检索可以一次定位，不像BTree 索引需要从根节点到枝节点，所以 Hash 索引的查询效率要远高于 B-Tree 索引。

// Hash 索引不适合的场景：
// 1.不适合模糊查询和范围查询（包括like，>，<，between……and等），由于 Hash索引比较的是进行 Hash运算之后的 Hash值，所以它只能用于等值的过滤，不能用于基于范围的过滤
//   因为经过相应的 Hash 算法处理之后的 Hash值的大小关系，并不能保证和Hash运算前完全一样；
// 2.不适合排序，数据库无法利用索引的数据来提升排序性能，同样是因为Hash值的大小不确定；
// 3.复合索引不能利用部分索引字段查询，Hash索引在计算 Hash值的时候是组合索引键合并后再一起计算Hash值，而不是单独计算Hash值，
//   所以通过组合索引的前面一个或几个索引键进行查询的时候，Hash 索引也无法被利用。
// 4.同样不适合键值较少的列（重复值较多的列）

　　位图索引（Bitmap），就是用位图表示的索引，对列的每个键值建立一个位图。相对于BTree索引，占用的空间非常小，创建和使用非常快。位图索引由于只存储键值的起止Rowid和位图,占用的空间非常少。

如test表中有state这样一列，10行数据如下：

10    20    30    20    10    30    10    30    20    30

那么会建立三个位图，如下：

BLOCK1    KEY=10  1    0    0    0    1    0    1    0    0    0   
BLOCK2    KEY=20  1    0    0    0    1    0    1    0    0    0 
BLOCK3    KEY=30  1    0    0    0    1    0    1    0    0    0

//位图索引适合场景：
//1.适合决策支持系统；
//2.当select count(XX) 时,可以直接访问索引中一个位图就快速得出统计数据；
//3.当根据键值做and，or或 in(x,y,..)查询时，直接用索引的位图进行或运算,快速得出结果行数据。

//位图索引不适合场景：
//1.不适合键值较多的列（重复值较少的列）；
//2.不适合update、insert、delete频繁的列，代价很高。

　　跳表，利用了链表的结构图。一个节点存储了下下一个节点的信息，让性能提升了一倍。

三、MySQL优化

　　1.limit start, count分页的优化，limit语句的查询时间与起始位置（start）的位置成正比。建议加索引，利用MySQL提供的索引缓存，不要直接去找数据地址，而是去索引地址先去查索引。

　　2.表的数据类型，能小就小，能用char(1)就不用varchar。避免使用null，count(列)不统计值为null的行数，且不利于索引。

　　3.char是固定大小，varchar可以动态存储数据。优先用tinyint、smallint，再用int、bigint。

　　4.在存储相同数值范围的数据时，浮点数类型float通常都会比decimal类型使用更少的空间。float字段使用4字节存储数据。double类型需要8个字节并拥有更高的精确度和更大的数值范围，decimal类型的数据将会转换成double类型。

附录：

1、全文索引，全文索引技术是目前搜索引擎的关键技术。试想在1M大小的文件中搜索一个词，可能需要几秒，在100M的文件中可能需要几十秒，如果在更大的文件中搜索那么就需要更大的系统开销，这样的开销是不现实的所以在这样的矛盾下出现了全文索引技术。InnoDB不支持，Myisam支持性能比较好，一般在 CHAR、VARCHAR 或 TEXT 列上创建。

2.聚集索引，该索引中键值的逻辑顺序决定了表中相应行的物理顺序。 聚集索引确定表中数据的物理顺序。Mysql中myisam表是没有聚集索引的，innodb有（主键就是聚集索引），聚集索引在下面介绍innodb结构的时有详细介绍。

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