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[数据库之十一] 数据库索引之联合索引

[数据库之十一] 数据库索引之联合索引

作者: 小胡_鸭 | 来源:发表于2021-06-10 16:48 被阅读0次

      执行数据库查询时,通常查询条件是多对个属性进行判断和约束,对于这种类型的查询,如果存在多个索引则使用多个索引,或者使用建立在多属性搜索码上的索引,这样能提高查询效率。

    一、使用多个单码索引

      假设数据表 instructor 有两个单码索引,分别建立在 dept_namesalary 上。为了找到金融系中工资为 80000 的所有老师,使用以下 SQL:

    select ID
    from   instructor
    where  dept_name = "Finance" and salary = 80000;
    



      可以使用以下几种查询策略:

    1、使用 dept_name 上的索引,找出属于金融系的所有记录,再检查每条记录是否满足 salary = 80000。
    2、使用 salary 上的索引,找出所有工资为 80000 的记录,再检查每条记录是否满足 dept_name = "Finance"。
    3、利用 dept_name 上的索引找出指向属于金融系的记录的所有指针。同样利用 salary 上的索引找出指向工资等于 80000 的记录的所有指针。两个指针集合的交集,即为所有满足查询条件的记录的所有指针。

      三种策略只有第三种利用了存在的多种索引的优势,但是在以下条件下也可能是糟糕的选择:

    • 属于金融系的记录太多

    • 工资为 80000 的记录太多

    • 属于金融系且工资为 80000 的记录只有几个



      因为为了得到一个很小的结果集,必须扫描大量指针,策略的执行效果取决于索引属性值的分布。

    二、多码索引(联合索引)

    1、最左前缀匹配规则

      为了解决上面的问题,一个可行的方案是在复合的搜索码(dept_name, salary)上建立和使用索引,这就是联合索引

      联合索引有个规则,叫最左前缀匹配规则,即 SQL 语句中用到了联合索引中的最左边的索引,那么这条 SQL 语句就可以利用这个联合索引去进行匹配,值得注意的是,当遇到范围查询(>、<、between、like)就会停止匹配。



      比如对于SQL:

    select ID
    from   instructor
    where  dept_name = "Finance" and salary = 80000;
    
    select ID
    from   instructor
    where  dept_name = "Finance";
    

      都是可以匹配索引的,查询条件一个是(dept_name, salary),一个是(dept_name),复合最左前缀匹配规则。

      但是对下面的查询是不匹配的:

    where  salary = 80000;
    

      因为前面的查询条件没有 dept_name,联合索引最左边的属性 dept_name 没有匹配到,就不会对后面的属性 salary 使用索引。

      对下面的查询也是可以匹配到索引的

    where salary = 80000 and dept_name = "Finance";
    

      因为数据库有优化器会自动调整 salary、dept_name 的顺序与索引顺序一致。

      遇到范围查询,会停止对后面属性的索引匹配,比如建立索引(a, b, c, d),where 后条件为

    a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4
    

      那么,a,b,c三个字段能用到索引,而d就匹配不到。因为遇到了范围查询,但是如果把索引改成(a, b, d, c)则又可以匹配了,因为数据库优化器会自动把查询条件的属性顺序调整为

    a = 1 and b = 2 and d = 4 and c > 3
    


    2、数据结构

    假设,我们对(a,b)字段建立索引,那么入下图所示

    对于联合索引(a, b),先按 a 进行排序,相同的 a 内部才按 b 进行排序,对于整个 B+ 树来说,a 在其中是有序的,按照前序遍历的顺序,上图中各个树节点 a 的值分别为 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3。

    而 b 是一种全局无需,局部有序的状态,即相同的 a 内部的有序。同样按照前序遍历的顺序,各个结点 b 的值分别为 1, 2, 1, 4, 4, 1, 2。因此对于 b = 2 这种查询条件是没办法使用索引的。

    只有当 a 的值确定时,b 才是有序的。比如 a = 1 时,b 值是 1, 2 的有序状态;当 a = 2 时,b 值是 1, 4 的有序状态。因此,执行 a = 1 and b = 2 时 a, b 字段能用到索引,而执行 a > 1 and b = 2 时,a 字段能用到索引,b 字段用不到索引,因此此时 a 的值是一个范围,不是固定的,在这个范围内 b 值不是有序的,因此 b 字段用不上索引。

    所以,根据最左前缀匹配原则,在遇到范围查询时,就会停止匹配。


    3、实战

    题型一

    如果sql为

    SELECT * FROM table WHERE a = 1 and b = 2 and c = 3;
    

    如何建立索引?

    如果此题回答为对(a,b,c)建立索引,那都可以回去等通知了。 此题正确答法是,(a,b,c)或者(c,b,a)或者(b,a,c)都可以,重点要的是将区分度高的字段放在前面,区分度低的字段放后面。像性别、状态这种字段区分度就很低,我们一般放后面。

    例如假设区分度由大到小为b,a,c。那么我们就对(b,a,c)建立索引。在执行sql的时候,优化器会 帮我们调整where后a,b,c的顺序,让我们用上索引。

    题型二

    如果sql为

    SELECT * FROM table WHERE a > 1 and b = 2;
    

    如何建立索引?

    如果此题回答为对(a,b)建立索引,那都可以回去等通知了。 此题正确答法是,对(b,a)建立索引。如果你建立的是(a,b)索引,那么只有a字段能用得上索引,毕竟最左匹配原则遇到范围查询就停止匹配。 如果对(b,a)建立索引那么两个字段都能用上,优化器会帮我们调整where后a,b的顺序,让我们用上索引。

    题型三

    如果sql为

    SELECT * FROM `table` WHERE a > 1 and b = 2 and c > 3;
    

    如何建立索引? 此题回答也是不一定,(b,a)或者(b,c)都可以,要结合具体情况具体分析。

    拓展一下

    SELECT * FROM `table` WHERE a = 1 and b = 2 and c > 3;
    

    怎么建索引?嗯,大家一定都懂了!

    (a, b, c) 或 (b, a, c) 根据区分度决定 a 前还是 b 前。

    题型四
    SELECT * FROM `table` WHERE a = 1 ORDER BY b;
    

    如何建立索引? 这还需要想?一看就是对(a,b)建索引,当a = 1的时候,b相对有序,可以避免再次排序! 那么

    SELECT * FROM `table` WHERE a > 1 ORDER BY b;
    

    如何建立索引? 对(a)建立索引,因为a的值是一个范围,这个范围内b值是无序的,没有必要对(a,b)建立索引。

    拓展一下

    SELECT * FROM `table` WHERE a = 1 AND b = 2 AND c > 3 ORDER BY c;
    

    怎么建索引?

    (a, b, c) 或 (b, a, c) 根据区分度决定 a 前还是 b 前。

    题型五
    SELECT * FROM `table` WHERE a IN (1,2,3) and b > 1;
    

    如何建立索引?

    还是对(a,b)建立索引,因为IN在这里可以视为等值引用,不会中止索引匹配,所以还是(a,b)!

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