mysql 什么是二级索引

从 MySQL 5.7 开始，开发人员改变了 InnoDB 构建二级索引的方式，采用自下而上的方法，而不是早期版本中自上而下的方法了。在这篇文章中，我们将通过一个示例来说明如何构建 InnoDB 索引。最后，我将解释如何通过为 innodb_fill_factor 设置更合适的值。

索引构建过程

在有数据的表上构建索引，InnoDB 中有以下几个阶段：1.读取阶段（从聚簇索引读取并构建二级索引条目）2.合并排序阶段3.插入阶段（将排序记录插入二级索引）在 5.6 版本之前，MySQL 通过一次插入一条记录来构建二级索引。这是一种“自上而下”的方法。搜索插入位置从树的根部（顶部）开始并达到叶页（底部）。该记录插入光标指向的叶页上。在查找插入位置和进行业面拆分和合并方面开销很大。从MySQL 5.7开始，添加索引期间的插入阶段使用“排序索引构建”，也称为“批量索引加载”。在这种方法中，索引是“自下而上”构建的。即叶页（底部）首先构建，然后非叶级别直到根（顶部）。

示例

在这些情况下使用排序的索引构建：

ALTER TABLE t1 ADD INDEX（or CREATE INDEX）

ALTER TABLE t1 ADD FULLTEXT INDEX

ALTER TABLE t1 ADD COLUMN, ALGORITHM = INPLACE

OPIMIZE t1

对于最后两个用例，ALTER 会创建一个中间表。中间表索引（主要和次要）使用“排序索引构建”构建。

算法

在 0 级别创建页，还要为此页创建一个游标

使用 0 级别处的游标插入页面，直到填满

页面填满后，创建一个兄弟页（不要插入到兄弟页）

为当前的整页创建节点指针（子页中的最小键，子页码），并将节点指针插入上一级（父页）

在较高级别，检查游标是否已定位。如果没有，请为该级别创建父页和游标

在父页插入节点指针

如果父页已填满，请重复步骤 3, 4, 5, 6

现在插入兄弟页并使游标指向兄弟页

在所有插入的末尾，每个级别的游标指向最右边的页。提交所有游标（意味着提交修改页面的迷你事务，释放所有锁存器）

为简单起见，上述算法跳过了有关压缩页和 BLOB（外部存储的 BLOB）处理的细节。

通过自下而上的方式构建索引

为简单起见，假设子页和非子页中允许的 最大记录数为 3

CREATE TABLE t1 (a INT PRIMARY KEY, b INT, c BLOB)

INSERT INTO t1 VALUES (1, 11, 'hello111')

INSERT INTO t1 VALUES (2, 22, 'hello222')

INSERT INTO t1 VALUES (3, 33, 'hello333')

INSERT INTO t1 VALUES (4, 44, 'hello444')

INSERT INTO t1 VALUES (5, 55, 'hello555')

INSERT INTO t1 VALUES (6, 66, 'hello666')

INSERT INTO t1 VALUES (7, 77, 'hello777')

INSERT INTO t1 VALUES (8, 88, 'hello888')

INSERT INTO t1 VALUES (9, 99, 'hello999')

INSERT INTO t1 VALUES (10, 1010, 'hello101010')

ALTER TABLE t1 ADD INDEX k1(b)

InnoDB 将主键字段追加到二级索引。二级索引 k1 的记录格式为(b, a)。在排序阶段完成后，记录为：

(11,1), (22,2), (33,3), (44,4), (55,5), (66,6), (77,7), (88,8), (99,9), (1010, 10)

初始插入阶段

让我们从记录 (11,1) 开始。

在 0 级别（叶级别）创建页

创建一个到页的游标

所有插入都将转到此页面，直到它填满了

箭头显示游标当前指向的位置。它目前位于第 5 页，下一个插入将转到此页面。

还有两个空闲插槽，因此插入记录 (22,2) 和 (33,3) 非常简单

对于下一条记录 (44,4)，页码 5 已满（前面提到的假设最大记录数为 3）。这就是步骤。

页填充时的索引构建

创建一个兄弟页，页码 6

不要插入兄弟页

在游标处提交页面，即迷你事务提交，释放锁存器等

作为提交的一部分，创建节点指针并将其插入到 【当前级别 + 1】 的父页面中（即在 1 级别）

节点指针的格式 (子页面中的最小键,子页码) 。第 5 页的最小键是 (11,1) 。在父级别插入记录 ((11,1)，5)。

1 级别的父页尚不存在，MySQL 创建页码 7 和指向页码 7 的游标。

将 ((11,1)，5) 插入第 7 页

现在，返回到 0 级并创建从第 5 页到第 6 页的链接，反之亦然

0 级别的游标现在指向兄弟页，页码为 6

将 (44,4) 插入第 6 页

下一个插入 - (55,5) 和 (66,6) - 很简单，它们转到第 6 页。

插入记录 (77,7) 类似于 (44,4)，除了父页面 （页面编号 7） 已经存在并且它有两个以上记录的空间。首先将节点指针 ((44,4),8) 插入第 7 页，然后将 (77,7) 记录到同级 8 页中。

插入记录 (88,8) 和 (99,9) 很简单，因为第 8 页有两个空闲插槽。

下一个插入 (1010,10) 。将节点指针 ((77,7),8) 插入 1级别的父页（页码 7）。

MySQL 在 0 级创建同级页码 9。将记录 (1010,10) 插入第 9 页并将光标更改为此页面。

以此类推。在上面的示例中，数据库在 0 级别提交到第 9 页，在 1 级别提交到第 7 页。

我们现在有了一个完整的 B+-tree 索引，它是自下至上构建的！

索引填充因子

全局变量 innodb_fill_factor 用于设置插入 B-tree 页中的空间量。默认值为 100，表示使用整个业面（不包括页眉）。聚簇索引具有 innodb_fill_factor=100 的免除项。 在这种情况下，聚簇索引也空间的 1 /16 保持空闲。即 6.25% 的空间用于未来的 DML。

值 80 意味着 MySQL 使用了 80% 的页空间填充，预留 20% 于未来的更新。如果 innodb_fill_factor=100 则没有剩余空间供未来插入二级索引。如果在添加索引后，期望表上有更多的 DML，则可能导致业面拆分并再次合并。在这种情况下，建议使用 80-90 之间的值。此变量还会影响使用 OPTIMIZE TABLE 和 ALTER TABLE DROP COLUMN, ALGOITHM=INPLACE 重新创建的索引。也不应该设置太低的值，例如低于 50。因为索引会占用浪费更多的磁盘空间，值较低时，索引中的页数较多，索引统计信息的采样可能不是最佳的。优化器可以选择具有次优统计信息的错误查询计划。

排序索引构建的优点

没有页面拆分（不包括压缩表）和合并

没有重复搜索插入位置

插入不会被重做记录（页分配除外），因此重做日志子系统的压力较小

缺点

ALTER 正在进行时，插入性能降低 Bug＃82940，但在后续版本中计划修复。

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理解Mysql索引的原理和数据结构有助于我们更好的使用索引以及进行SQL优化，索引是在存储引擎层面实现的，所以不同的引擎实现的索引也有一定的区别，但是在生产环境中，我们最常用的就是InnoDB引擎和B树索引，OK，那本文要讨论的重点也同样是 InnoDB引擎下的B树索引 。

我们建立一个表来进行测试，表的DDL如下所示，我们要关注的是表t_book上的主键索引id和name author publish_date三列组成的索引test_index。

Mysql中的B树索引是使用B+树实现的，关于B+树的数据结构个人认为美团点评技术博客中Mysql索引原理及慢查询优化一文中介绍的非常详实，B+树的数据结构如下图所示。

图中浅蓝色块即磁盘块，根节点磁盘块中存储17和35两个数据，其中指针P1指向小于17的数据，指针P2指向大于17小于35的数据，指针P3指向大于35的数据。显然通过B+树索引查询数据与B+树的高度有关，如上图的B+树索引查找一个叶子节点的数据只需要三次磁盘IO，对于Mysql来说三层的B+树可以索引上百万的数据，这对于查询效率的提升是巨大的。

总结起来Mysql中B树索引有以下关键特点：

Mysql中的B树索引有两种数据存储形式，一种为聚簇索引，一种为二级索引。

InnoDB一般会使用表的主键来作为聚簇索引，如果一个表没有主键（不建议这么玩）InnoDB会选用一个唯一非空索引来代替，如果没有这样的索引，InnoDB会隐式建立一个聚簇索引。聚簇的含义即是数据行和相邻的键值紧凑的存储在一起，占据一块连续的磁盘空间，因此通过聚簇索引访问数据可以有效减少随机IO，通常使用聚簇索引查找比非聚簇索引查找速度更快。以我们建立的表t_book为例，聚簇索引即为自增主键id，其B树索引数据结构可以用下图来表示。

聚簇索引有以下关键特点：

InnoDB的B树索引中除了聚簇索引，就都是二级索引了，二级索引的含义是索引的叶子节点除了存储了索引值，还存储了主键id，在使用二级索引进行查询时，查找到二级索引B树上的叶子节点后还需要去聚簇索引上去查询真实数据，但是这里有一种特殊情况，即查询所需的所有字段在二级索引中都可以获取，此时就不需要再去回表查数据了，这种情况就是索引覆盖（EXPLAIN中EXTRA列中会出现USING INDEX，本文只关注索引结构，不详细讨论索引覆盖等技术的使用，如果深入理解索引的数据结构，索引覆盖等技术也没有那么神秘）。

在我们的测试表t_book中，test_index即为二级索引，由于我们把除了主键id所有的列都作为一个联合索引，所以在这个表上的查询都可以使用索引覆盖技术，但是具体生产环境中也不建议总是采用这种做法，索引列的增加也会增大插入更新数据时的索引更新成本，具体的优化要视具体情况决策。t_book上的二级索引test_index的索引结构由下图表示。

通过以上结构，我们可以推断出二级索引的以下关键特点：

索引覆盖：

最左前缀匹配：

二级索引可以说是我们在Mysql中最常用的索引，通过理解二级索引的索引结构可以更容易理解二级索引的特性和使用。

最后聊点轻松的索引结构，哈希索引就是通过哈希表实现的索引，即通过被索引的列计算出哈希值，并指向被索引的记录。

哈希索引有如下特性：

Mysql索引原理及慢查询优化

高性能Mysql 第三版

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