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MySQL最左匹配原則詳細(xì)分析

 更新時間:2022年12月16日 14:11:00   作者:知其黑、受其白  
首先回顧一下什么是最左匹配(也有稱之為最左前綴)?顧名思義:最左優(yōu)先,以最左邊的為起點(diǎn)任何連續(xù)的索引都能匹配上。同時遇到范圍查詢(>、<、between、like)就會停止匹配

闡述

通常我們在建立聯(lián)合索引的時候,相信建立過索引的同學(xué)們會發(fā)現(xiàn),無論是Oracle 還是 MySQL 都會讓我們選擇索引的順序,比如我們想在 a,b,c 三個字段上建立一個聯(lián)合索引,我們可以選擇自己想要的優(yōu)先級,(a、b、c),或是 (b、a、c) 或者是 (c、a、b) 等順序。

為什么數(shù)據(jù)庫會讓我們選擇字段的順序呢?

不都是三個字段的聯(lián)合索引么?

這里就引出了數(shù)據(jù)庫索引的最重要的原則之一,最左匹配原則。

在我們開發(fā)中經(jīng)常會遇到這種問題,明明這個字段建了聯(lián)合索引,但是SQL查詢該字段時卻不會使用這個索引。難道這索引是假的?

比如索引 abc_index:(a,b,c)a,b,c 三個字段的聯(lián)合索引,下列 sql 執(zhí)行時都無法命中索引 abc_index;

select * from table where c = '1';
select * from table where b ='1' and c ='2';

以下三種情況卻會走索引:

select * from table where a = '1';
select * from table where a = '1' and b = '2';
select * from table where a = '1' and b = '2'  and c='3';

從上面兩個例子大家有木有看出點(diǎn)眉目呢?

是的,索引 abc_index:(a,b,c),只會在 where 條件中帶有 (a)、(a,b)、(a,b,c) 的三種類型的查詢中使用。

其實(shí)這里說的有一點(diǎn)歧義,其實(shí)當(dāng) where 條件只有 (a,c) 時也會走,但是只走a字段索引,不會走 c 字段。

那么這都是為什么呢?

我們一起來看看其原理吧。

一、最左匹配原則的原理

MySQL 建立多列索引(聯(lián)合索引)有最左匹配的原則,即最左優(yōu)先:

如果有一個 2 列的索引 (a, b),則已經(jīng)對 (a)、(a, b) 上建立了索引; 如果有一個 3 列索引 (a, b, c),則已經(jīng)對 (a)、(a, b)、(a, b, c) 上建立了索引;

假設(shè)數(shù)據(jù)表 LOL (id,sex,price,name) 的物理位置(表中的無序數(shù)據(jù))如下:

(注:下面數(shù)據(jù)是測試少量數(shù)據(jù)選用的,只為了方便大家看清楚。實(shí)際操作中,應(yīng)按照使用頻率、數(shù)據(jù)區(qū)分度來綜合設(shè)定索引順序喔~)

主鍵id  sex(a)   price(b)      name(c)    
(1)     1         1350         AAA安妮
(2)     2         6300         MMM盲僧
(3)     1         3150         NNN奈德麗
(4)     2         6300         CCC錘石
(5)     1         6300         LLL龍女
(6)     2         3150         EEE伊澤瑞爾
(7)     2         6300         III艾克
(8)     1         6300         BBB暴走蘿莉
(9)     1         4800         FFF發(fā)條魔靈
(10)    2         3150         KKK卡牌大師
(11)    1         450          HHH寒冰射手
(12)    2         450          GGG蓋倫
(13)    2         3150         OOO小提莫
(14)    2         3150         DDD刀鋒之影
(15)    2         6300         JJJ疾風(fēng)劍豪
(16)    2         450          JJJ劍圣

當(dāng)你在 LOL 表創(chuàng)建一個聯(lián)合索引 abc_index:(sex,price,name) 時,生成的 索引文件邏輯上等同于下表內(nèi)容(分級排序):

sex(a)   price(b)       name(c)         主鍵id
1        450            HHH寒冰射手      (11)
1        1350           AAA安妮          (1)
1        3150           NNN奈德麗        (3)
1        4800           FFF發(fā)條魔靈       (9)
1        6300           BBB暴走蘿莉       (8)
1        6300           LLL龍女          (5)
2        450            GGG蓋倫          (12)
2        450            JJJ劍圣          (16)
2        3150           DDD刀鋒之影       (14)
2        3150           EEE伊澤瑞爾       (6)
2        3150           KKK卡牌大師       (10)
2        3150           OOO小提莫         (13)
2        6300           CCC錘石          (4)
2        6300           III艾克          (7)
2        6300           JJJ疾風(fēng)劍豪       (15)
2        6300           MMM盲僧          (2)

小伙伴兒們有沒有發(fā)現(xiàn)B+樹聯(lián)合索引的規(guī)律?

感覺還有點(diǎn)模糊的話,那咱們再來看一張索引存儲數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)圖,或許更明了一些。

B+樹中的聯(lián)合索引,每級索引都是排好序的。

聯(lián)合索引 bcd_index:(b,c,d) , 在索引樹中的樣子如圖 , 在比較的過程中 ,先判斷 b 再判斷 c 然后是 d 。

由上圖可以看出,B+ 樹的數(shù)據(jù)項(xiàng)是復(fù)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),同樣,對于我們這張表的聯(lián)合索引 (sex,price,name)來說 ,B+ 樹也是按照從左到右的順序來建立搜索樹的,當(dāng)SQL如下時:

select sex,price,name from LOL 
where sex = 2 
and price = 6300 
and name = 'JJJ疾風(fēng)劍豪'; 

B+ 樹會優(yōu)先比較 sex 來確定下一步的指針?biāo)逊较颍绻?sex 相同再依次比較 price 和 name,最后得到檢索的數(shù)據(jù);

二、違背最左原則導(dǎo)致索引失效的情況

(下面以聯(lián)合索引 abc_index:(a,b,c) 來進(jìn)行講解,便于理解)

1、查詢條件中,缺失優(yōu)先級最高的索引 “a”

當(dāng) where b = 6300 and c = ‘JJJ疾風(fēng)劍豪’ 這種沒有以 a 為條件來檢索時;B+樹就不知道第一步該查哪個節(jié)點(diǎn),從而需要去全表掃描了(即不走索引)。

因?yàn)榻⑺阉鳂涞臅r候 a 就是第一個比較因子,必須要先根據(jù) a 來搜索,進(jìn)而才能往后繼續(xù)查詢b 和 c,這點(diǎn)我們通過上面的存儲結(jié)構(gòu)圖可以看明白。

2、查詢條件中,缺失優(yōu)先級居中的索引 “b”

當(dāng) where a =1 and c =“JJJ疾風(fēng)劍豪” 這樣的數(shù)據(jù)來檢索時;B+ 樹可以用 a 來指定第一步搜索方向,但由于下一個字段 b 的缺失,所以只能把 a = 1 的數(shù)據(jù)主鍵ID都找到,通過查到的主鍵ID回表查詢相關(guān)行,再去匹配 c = ‘JJJ疾風(fēng)劍豪’ 的數(shù)據(jù)了,當(dāng)然,這至少把 a = 1 的數(shù)據(jù)篩選出來了,總比直接全表掃描好多了。

這就是MySQL非常重要的原則,即索引的最左匹配原則。

三、查詢優(yōu)化器偷偷干了哪些事兒

當(dāng)對索引中所有列通過 “=” 或 “IN” 進(jìn)行精確匹配時,索引都可以被用到。

1、如果建的索引順序是 (a, b)。而查詢的語句是 where b = 1 AND a = ‘aaa’; 為什么還能利用到索引?

理論上索引對順序是敏感的,但是由于 MySQL 的查詢優(yōu)化器會自動調(diào)整 where 子句的條件順序以使用適合的索引,所以 MySQL 不存在 where 子句的順序問題而造成索引失效。當(dāng)然了,SQL書寫的好習(xí)慣要保持,這也能讓其他同事更好地理解你的SQL。

2、還有一個特殊情況說明下,下面這種類型的SQL, a 與 b 會走索引,c不會走。

select * from LOL 
where a = 2 and b > 1000  
and c='JJJ疾風(fēng)劍豪';

對于上面這種類型的sql語句;

mysql會一直向右匹配直到遇到范圍查詢 (>、<、between、like) 就停止匹配(包括like '陳%'這種)。

在a、b走完索引后,c已經(jīng)是無序了,所以c就沒法走索引,優(yōu)化器會認(rèn)為還不如全表掃描c字段來的快。所以只使用了(a,b)兩個索引,影響了執(zhí)行效率。

其實(shí),這種場景可以通過修改索引順序?yàn)?abc_index:(a,c,b),就可以使三個索引字段都用到索引,建議小伙伴們不要有問題就想著新增索引哦,浪費(fèi)資源還增加服務(wù)器壓力。

綜上,如果通過調(diào)整順序,就可以解決問題或少維護(hù)一個索引,那么這個順序往往就是我們DBA人員需要優(yōu)先考慮采用的。

四、知識點(diǎn)

1、如何通過有序索引排序,避免冗余執(zhí)行 order by

order by 用在 select 語句中,具備排序功能。如:

SELECT sex, price, name FROM LOL ORDER BY sex;

是將表 LOL 中的數(shù)據(jù)按 “sex” 一列排序。

而只有當(dāng) order by 與 where 語句同時出現(xiàn),order by 的排序功能無效。

換句話說,order by 中的字段在執(zhí)行計劃中利用了索引時,不用排序操作。如下SQL時,不會按 sex 一列排序,因?yàn)?sex 本身已經(jīng)是有序的了。

SELECT sex, price, name FROM LOL where sex = 1 ORDER BY sex ;

所以,只有 order by 字段出現(xiàn)在 where 條件中時,才會利用該字段的索引而避免排序。

對于上面的語句,數(shù)據(jù)庫的處理順序是:

第一步:根據(jù) where 條件和統(tǒng)計信息生成執(zhí)行計劃,得到數(shù)據(jù)。

第二步:將得到的數(shù)據(jù)排序。當(dāng)執(zhí)行處理數(shù)據(jù)(order by)時,數(shù)據(jù)庫會先查看第一步的執(zhí)行計劃,看 order by 的字段是否在執(zhí)行計劃中利用了索引。如果是,則可以利用索引順序而直接取得已經(jīng)排好序的數(shù)據(jù)。如果不是,則排序操作。

第三步:返回排序后的數(shù)據(jù)。

2、like 語句的索引問題

如果通配符 % 不出現(xiàn)在開頭,則可以用到索引,但根據(jù)具體情況不同可能只會用其中一個前綴,在 like “value%” 可以使用索引,但是 like “%value%” 違背了最左匹配原則,不會使用索引,走的是全表掃描。

3、不要在列上進(jìn)行運(yùn)算

如果查詢條件中含有函數(shù)或表達(dá)式,將導(dǎo)致索引失效而進(jìn)行全表掃描

例如 :

select * from user where YEAR(birthday) < 1990

可以改造成:

select * from users where birthday <'1990-01-01′

4、索引不會包含有 NULL 值的列

只要列中包含有 NULL 值都將不會被包含在索引中,復(fù)合索引中只要有一列含有 NULL 值,那么這一列對于此復(fù)合索引就是無效的。所以在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時不要讓字段的默認(rèn)值為 NULL

5、盡量選擇區(qū)分度高的列作為索引

區(qū)分度的公式是count(distinct col)/count(*),表示字段不重復(fù)的比例,比例越大我們掃描的記錄數(shù)越少,唯一鍵的區(qū)分度是 1,而一些狀態(tài)、性別字段可能在大數(shù)據(jù)面前區(qū)分度就是 0。一般需要 join 的字段都要求區(qū)分度 0.1 以上,即平均 1 條掃描 10 條記錄

6、覆蓋索引的好處

如果一個索引包含所有需要的查詢的字段的值,我們稱之為覆蓋索引。覆蓋索引是非常有用的工具,能夠極大的提高性能。因?yàn)?,只需要讀取索引,而無需讀表,極大減少數(shù)據(jù)訪問量,這也是不建議使用Select * 的原因。

到此這篇關(guān)于MySQL最左匹配原則詳細(xì)分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)MySQL最左匹配內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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