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  • MySQL最左前缀匹配原则
    2021-08-21 12:27:06

    MySQL最左前缀匹配原则

    举个栗子:
    当我们建立联合索引(a,b,c),索引文件中对应的B+树每个节点都存储了a,b,c的值,而B+树上查询到对应叶子节点时,是按照我们建立联合索引的字段顺序来依次查询。

    即在节点中,选择下一个节点时,先判断a,再判断b,最后判断c,因为我们建立索引的顺序就是abc的顺序。

    所以当我们的SQL语句中,如果where条件语句中不包含a,则不会走任何索引。如:

    select * where and b=1 and c=1
    

    因为只当匹配了a字段之后,才能匹配到后面的字段。
    而下面这种情况只会对a进行索引查询,而不会在索引树中对b,c进行查询

    select * where a=1 and c=1
    

    因为在上面SQL语句中,没了b字段条件,那么c也无法在B+树中被查询

    另外:
    范围查询字段后面的索引也会失效,如,
    此时c将在索引树中无法被查询

    select * where a=1 and b>1 and c=1
    

    or查询中,如果有一个字段没有建立索引,那么整个索引也会失效,直接走主索引

    select * where x=1 or y=1
    

    总结:
    利用复合索引去查询数据,如果条件语句中缺少某个字段,其后面所有字段都无法在索引中被匹配。

    原因:
    在联合索引所形成的B+树内,只有a(联合索引的第一个)是真正意义上的按序排列了,b的排序仅仅在a值相同的节点间进行,而c的按序排序又仅仅在a,b都相同的节点间进行排序。也就是说只有进行了a的查询,才能进行下一步b的查询,而后才能进行下一步c的查询!!!

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    最左前缀匹配原则:在MySQL建立联合索引时会遵守最左前缀匹配原则,即最左优先,在检索数据时从联合索引的最左边开始匹配。

    要想理解联合索引的最左匹配原则,先来理解下索引的底层原理。索引的底层是一颗B+树,那么联合索引的底层也就是一颗B+树,只不过联合索引的B+树节点中存储的是键值。由于构建一棵B+树只能根据一个值来确定索引关系,所以数据库依赖联合索引最左的字段来构建。

    举例:创建一个(a,b)的联合索引,那么它的索引树就是下图的样子。

    在这里插入图片描述

    可以看到a的值是有顺序的,1,1,2,2,3,3,而b的值是没有顺序的1,2,1,4,1,2。但是我们又可发现a在等值的情况下,b值又是按顺序排列的,但是这种顺序是相对的。这是因为MySQL创建联合索引的规则是首先会对联合索引的最左边第一个字段排序,在第一个字段的排序基础上,然后在对第二个字段进行排序。所以b=2这种查询条件没有办法利用索引。

    由于整个过程是基于explain结果分析的,那接下来在了解下explain中的type字段和key_lef字段。

    1.type:联接类型。下面给出各种联接类型,按照从最佳类型到最坏类型进行排序:(重点看ref,rang,index)

    system:表只有一行记录(等于系统表),这是const类型的特例,平时不会出现,可以忽略不计
        const:表示通过索引一次就找到了,const用于比较primary key 或者 unique索引。因为只需匹配一行数据,所有很快。如果将主键置于where列表中,mysql就能将该查询转换为一个const
        eq_ref:唯一性索引扫描,对于每个索引键,表中只有一条记录与之匹配。常见于主键 或 唯一索引扫描。
        注意:ALL全表扫描的表记录最少的表如t1表
        ref:非唯一性索引扫描,返回匹配某个单独值的所有行。本质是也是一种索引访问,它返回所有匹配某个单独值的行,然而他可能会找到多个符合条件的行,所以它应该属于查找和扫描的混合体。
        range:只检索给定范围的行,使用一个索引来选择行。key列显示使用了那个索引。一般就是在where语句中出现了bettween、<、>、in等的查询。这种索引列上的范围扫描比全索引扫描要好。只需要开始于某个点,结束于另一个点,不用扫描全部索引。
        index:Full Index Scan,index与ALL区别为index类型只遍历索引树。这通常为ALL块,应为索引文件通常比数据文件小。(Index与ALL虽然都是读全表,但index是从索引中读取,而ALL是从硬盘读取)
        ALL:Full Table Scan,遍历全表以找到匹配的行

    2.key_len:显示MySQL实际决定使用的索引的长度。如果索引是NULL,则长度为NULL。如果不是NULL,则为使用的索引的长度。所以通过此字段就可推断出使用了那个索引。

    计算规则:

    1.定长字段,int占用4个字节,date占用3个字节,char(n)占用n个字符。

    2.变长字段varchar(n),则占用n个字符+两个字节。

    3.不同的字符集,一个字符占用的字节数是不同的。Latin1编码的,一个字符占用一个字节,gdk编码的,一个字符占用两个字节,utf-8编码的,一个字符占用三个字节。

    (由于我数据库使用的是Latin1编码的格式,所以在后面的计算中,一个字符按一个字节算)

    4.对于所有的索引字段,如果设置为NULL,则还需要1个字节。

    接下来进入正题!!!

    示例:

    首先创建一个表
    在这里插入图片描述
    该表中对id列.name列.age列建立了一个联合索引 id_name_age_index,实际上相当于建立了三个索引(id)(id_name)(id_name_age)。

    下面介绍下可能会使用到该索引的几种情况:

    1.全值匹配查询时
    在这里插入图片描述

    通过观察上面的结果图可知,where后面的查询条件,不论是使用(id,age,name)(name,id,age)还是(age,name,id)顺序,在查询时都使用到了联合索引,可能有同学会疑惑,为什么底下两个的搜索条件明明没有按照联合索引从左到右进行匹配,却也使用到了联合索引? 这是因为MySQL中有查询优化器explain,所以sql语句中字段的顺序不需要和联合索引定义的字段顺序相同,查询优化器会判断纠正这条SQL语句以什么样的顺序执行效率高,最后才能生成真正的执行计划,所以不论以何种顺序都可使用到联合索引。另外通过观察上面三个图中的key_len字段,也可说明在搜索时使用的联合索引中的(id_name_age)索引,因为id为int型,允许null,所以占5个字节,name为char(10),允许null,又使用的是latin1编码,所以占11个字节,age为int型允许null,所以也占用5个字节,所以该索引长度为21(5+11+5),而上面key_len的值也正好为21,可证明使用的(id_name_age)索引。

    2.匹配最左边的列时

    在这里插入图片描述

    该搜索是遵循最左匹配原则的,通过key字段也可知,在搜索过程中使用到了联合索引,且使用的是联合索引中的(id)索引,因为key_len字段值为5,而id索引的长度正好为5(因为id为int型,允许null,所以占5个字节)。
    在这里插入图片描述

    由于id到name是从左边依次往右边匹配,这两个字段中的值都是有序的,所以也遵循最左匹配原则,通过key字段可知,在搜索过程中也使用到了联合索引,但使用的是联合索引中的(id_name)索引,因为key_len字段值为16,而(id_name)索引的长度正好为16(因为id为int型,允许null,所以占5个字节,name为char(10),允许null,又使用的是latin1编码,所以占11个字节)。

    在这里插入图片描述

    由于上面三个搜索都是从最左边id依次向右开始匹配的,所以都用到了id_name_age_index联合索引。

    那如果不是依次匹配呢?
    在这里插入图片描述

    通过key字段可知,在搜索过程中也使用到了联合索引,但使用的是联合索引中的(id)索引,从key_len字段也可知。因为联合索引树是按照id字段创建的,但age相对于id来说是无序的,只有id只有序的,所以他只能使用联合索引中的id索引。

    在这里插入图片描述

    通过观察发现上面key字段发现在搜索中也使用了id_name_age_index索引,可能许多同学就会疑惑它并没有遵守最左匹配原则,按道理会索引失效,为什么也使用到了联合索引?因为没有从id开始匹配,且name单独来说是无序的,所以它确实不遵循最左匹配原则,然而从type字段可知,它虽然使用了联合索引,但是它是对整个索引树进行了扫描,正好匹配到该索引,与最左匹配原则无关,一般只要是某联合索引的一部分,但又不遵循最左匹配原则时,都可能会采用index类型的方式扫描,但它的效率远不如最做匹配原则的查询效率高,index类型类型的扫描方式是从索引第一个字段一个一个的查找,直到找到符合的某个索引,与all不同的是,index是对所有索引树进行扫描,而all是对整个磁盘的数据进行全表扫描。

    在这里插入图片描述

    这两个结果跟上面的是同样的道理,由于它们都没有从最左边开始匹配,所以没有用到联合索引,使用的都是index全索引扫描。

    3.匹配列前缀

    如果id是字符型,那么前缀匹配用的是索引,中坠和后缀用的是全表扫描。

    select * from staffs where id like 'A%';//前缀都是排好序的,使用的都是联合索引
    select * from staffs where id like '%A%';//全表查询
    select * from staffs where id like '%A';//全表查询
    

    4.匹配范围值
    在这里插入图片描述

    在匹配的过程中遇到<>=号,就会停止匹配,但id本身就是有序的,所以通过possible_keys字段和key_len 字段可知,在该搜索过程中使用了联合索引的id索引(因为id为int型,允许null,所以占5个字节),且进行的是rang范围查询。

    在这里插入图片描述

    由于不遵循最左匹配原则,且在id<4的范围中,age是无序的,所以使用的是index全索引扫描。

    在这里插入图片描述

    不遵循最左匹配原则,但在数据库中id<2的只有一条(id),所以在id<2的范围中,age是有序的,所以使用的是rang范围查询。

    在这里插入图片描述

    不遵循最左匹配原则,而age又是无序的,所以进行的全索引扫描。

    5.准确匹配第一列并范围匹配其他某一列

    在这里插入图片描述

    由于搜索中有id=1,所以在id范围内age是无序的,所以只使用了联合索引中的id索引。

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    索引最左前缀匹配原则

    对于最左前缀匹配原则居然没有百度百科,实在是让我感觉不可思议。

    最左前缀匹配原则,用几句话来概述就是:
    顾名思义,就是最左优先,在创建多列索引时,要根据业务需求,where子句中使用最频繁的一列放在最左边。

    什么是最左匹配原则?

    最左前缀匹配原则,非常重要的原则,建立一个索引,对于索引中的字段,mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配,比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引,d是用不到索引的,如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到,a,b,d的顺序可以任意调整。
    =和in可以乱序,比如a = 1 and b = 2 and c = 3 建立(a,b,c)索引可以任意顺序,mysql的查询优化器会帮你优化成索引可以识别的形式

    最左匹配原则实际场景及难点

    如果只是上面这些概念的话,这篇博客显然是不合格的,那么接下来我们用实际场景来解释最左匹配原则的一些难点
    先创建一张表

    CREATE TABLE `student` (
      `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
      `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
      `cid` int(11) DEFAULT NULL,
      PRIMARY KEY (`id`),
      KEY `name_cid_INX` (`name`,`cid`),
      KEY `name_INX` (`name`)
    ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=8 DEFAULT CHARSET=utf8
    

    注意上面的语句,在倒数第三行创建了name_cid_INX索引,包含name和cid字段
    在倒数第二行创建了name_INX索引,包含name字段

    执行1:

    EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE name=‘小红’;

    结果:
    在这里插入图片描述

    依据mysql索引最左匹配原则,两个索引都匹配上了,这个没有问题。。

    执行2:

    EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE cid=1;

    结果:
    在这里插入图片描述

    执行3:

    EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE cid=1 AND name=‘小红’;

    在这里插入图片描述

    这个时候,对于初步了解最左前缀匹配原则的同学就会懵逼了,纳尼???

    执行2,执行3不应该都与最左前缀匹配原则完全相悖吗?怎么还是使用了索引???(可以看到key字段中都表示用了name_cid_INX索引)顿时怀疑人生了有木有?

    如果你也有跟上述一样的心理变化,说明你对索引的理解是狭隘的(没错,说的就是我。。。)
    好的,接下来我们来揭秘了

    上述,的两个查询的explain结果中显示用到索引的情况类型是不一样的。,可观察explain结果中的type字段。执行2和执行3中的type字段分别是:
    执行2. type: index
    执行3. type: ref
    (先去吃个饭,未完待续。。。)我回来啦,我们继续(自言自语好羞耻)

    解释:

    index:这种类型表示是mysql会对整个该索引进行扫描。要想用到这种类型的索引,对这个索引并无特别要求,只要是索引,或者某个复合索引的一部分,mysql都可能会采用index类型的方式扫描。但是呢,缺点是效率不高,mysql会从索引中的第一个数据一个个的查找到最后一个数据,直到找到符合判断条件的某个索引

    所以:对于执行2:

    EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE   cid=1;
    

    判断条件是cid=1,而cid是(name,cid)复合索引的一部分,没有问题,可以进行index类型的索引扫描方式。explain显示结果使用到了索引,是index类型的方式。

    ref:这种类型表示mysql会根据特定的算法快速查找到某个符合条件的索引,而不是会对索引中每一个数据都进行一一的扫描判断,也就是所谓你平常理解的使用索引查询会更快的取出数据。而要想实现这种查找,索引却是有要求的,要实现这种能快速查找的算法,索引就要满足特定的数据结构。
    简单说,也就是索引字段的数据必须是有序的,才能实现这种类型的查找,才能利用到索引。

    有些了解的人可能会问,索引不都是一个有序排列的数据结构么。不过答案说的还不够完善,那只是针对单个索引,而复合索引的情况有些同学可能就不太了解了。

    下面就说下复合索引:
    以该表的(name,cid)复合索引为例,它内部结构简单说就是下面这样排列的:
    在这里插入图片描述

    mysql创建复合索引的规则是首先会对复合索引的最左边的,也就是第一个name字段的数据进行排序,在第一个字段的排序基础上,然后再对后面第二个的cid字段进行排序。其实就相当于实现了类似 order by name cid这样一种排序规则。
    所以:第一个name字段是绝对有序的,而第二字段就是无序的了。所以通常情况下,直接使用第二个cid字段进行条件判断是用不到索引的,当然,可能会出现上面的使用index类型的索引。这就是所谓的mysql为什么要强调最左前缀原则的原因。

    那么什么时候才能用到呢?
    当然是cid字段的索引数据也是有序的情况下才能使用咯,什么时候才是有序的呢?观察可知,当然是在name字段是等值匹配的情况下,cid才是有序的。发现没有,观察两个name名字为 c 的cid字段是不是有序的呢。从上往下分别是4 5。
    这也就是mysql索引规则中要求复合索引要想使用第二个索引,必须先使用第一个索引的原因。(而且第一个索引必须是等值匹配)。

    所以对于执行3这条sql查询:

    EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE   cid=1 AND name='小红';
    

    没有错,而且复合索引中的两个索引字段都能很好的利用到了!因为语句中最左面的name字段进行了等值匹配,所以cid是有序的,也可以利用到索引了。

    你可能会问:我建的索引是(name,cid)。而我查询的语句是cid=1 AND name=‘小红’; 我是先查询cid,再查询name的,不是先从最左面查的呀?

    好吧,我再解释一下这个问题:首先可以肯定的是把条件判断反过来变成这样 name=‘小红’ and cid=1; 最后所查询的结果是一样的。
    那么问题产生了?既然结果是一样的,到底以何种顺序的查询方式最好呢?

    所以,而此时那就是我们的mysql查询优化器该登场了,mysql查询优化器会判断纠正这条sql语句该以什么样的顺序执行效率最高,最后才生成真正的执行计划。所以,当然是我们能尽量的利用到索引时的查询顺序效率最高咯,所以mysql查询优化器会最终以这种顺序进行查询执行。

    相信通过以上的场景模拟,大家应该都或多或少更加理解了什么是最左前缀匹配原则,中间的弯弯绕绕实在会让我们迷惑很久,比如我。。(好吧,写完以后回头再看又感觉虽然把我想说的都写出来了,但是却不够通俗易懂,感觉表达能力稍微欠缺)

    ps:场景模拟借鉴了知乎大佬沈杰的一个回答,链接如下:
    https://www.zhihu.com/question/36996520

    ----我是“道祖且长”,一个在互联网苟且偷生的Java程序员

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  • 联合索引的最左前缀匹配原则

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    目录

    联合索引

    最左前缀匹配原则

    最左匹配原则的成因


    联合索引
     

    所谓的联合索引就是指,由两个或以上的字段共同构成一个索引。

    本文测试用例的数据表结构如下,一张简简单单的学生信息表 tb_student,仅包含四个字段(student_id、student_name、student_age、student_addr)

    在这里插入图片描述


    那比如说,我们现在的业务需求经常要通过学生的年龄(student_age)和学生的家庭住址(student_addr)来同时筛选学生,如下

    SELECT * FROM tb_student WHERE student_age = 20 AND student_addr = '北京';


    那此时我们就最好在 student_age 和 student_addr 这两个字段上同时设置索引(注意,这里不是在这两个列上各自设置一个索引),这就是联合索引,我们执行下面的 sql 语句来设置联合索引。

    设置索引的方式 :

    ALTER TABLE 表名 ADD INDEX 索引名(列名…)

    ALTER TABLE tb_student ADD INDEX test_index(student_age,student_addr);

    最左前缀匹配原则
     

    最左前缀匹配原则,是一个非常重要的原则,可以通过以下这几个特性来理解。

    1. 对于联合索引,MySQL 会一直向右匹配直到遇到范围查询(> , < ,between,like)就停止匹配。比如 a = 3 and b = 4 and c > 5 and d = 6,如果建立的是(a,b,c,d)这种顺序的索引,那么 d 是用不到索引的,但是如果建立的是 (a,b,d,c)这种顺序的索引的话,那么就没问题,而且 a,b,d 的顺序可以随意调换。
    2. = 和 in 可以乱序,比如 a = 3 and b = 4 and c = 5 建立 (a,b,c)索引可以任意顺序。
    3. 如果建立的索引顺序是 (a,b)那么直接采用 where b = 5 这种查询条件是无法利用到索引的,这一条最能体现最左匹配的特性。

    这么说还看不懂也没关系,下面会我通过四个简单的小例子来帮助你明白。

    看例子之前,先要普及一下 explain 这个关键字的用法。

    explain 是用来分析 SELECT 查询语句的,开发人员可以通过分析 explain 结果来优化查询语句。文章接下来将会大量使用 explain 来观察索引是否被使用到,我们先简单的看一个 explain 使用的小例子。

    就用最简单的,扫描 tb_student 全表。

    SELECT * FROM tb_student


    我们用 explain 分析一下

    EXPLAIN SELECT * FROM tb_student


    返回结果

    在这里插入图片描述

    注意我圈红的这仨字段,这是使用 explain 语句需要重点关注的字段

    1. type:访问类型,要是显示 ALL ,那你可要小心了,这是全表扫描的意思,性能最差,说明你的查询有很大的优化余地,如果显示的是 index ,说明会使用索引来优化查询。关于 type 的更多解释请参考这个文章 :mysql中explain的type的解释
    2. key:具体使用的索引名,这里没有。
    3. rows:扫描的行数。

    好了,言归正传,现在开始兑现承诺,举四个小例子了,还记得我们在上面刚给 student_age 和 student_addr 设置完联合索引吗,现在我们使用 explain 分析四种 where 子句的执行情况。
     
    一、where student_age = 10 and student_addr = '北京’

    explain select * from tb_student where student_age = 10 and student_addr = '北京';


    返回结果

    在这里插入图片描述

    OK,使用了索引。
     
    二、where student_addr = ‘北京’ and student_age = 10

    跟第一种情况相比只是调换了顺序。

    explain select * from tb_student where student_addr = '北京' and  student_age = 10;


    返回结果

    在这里插入图片描述

    OK,还是正常。
     
    三、where student_age = 10

    explain select * from tb_student where student_age = 10;

    在这里插入图片描述

    没问题
     
    四、where student_addr = '北京’

    explain select * from tb_student where student_addr = '北京';


    返回结果

    在这里插入图片描述

    无索引,这就是最左匹配原则。

     

    最左匹配原则的成因
     

    MySQL 建立联合索引的规则是这样的,它会首先根据联合索引中最左边的、也就是第一个字段进行排序,在第一个字段排序的基础上,再对联合索引中后面的第二个字段进行排序,依此类推。

    综上,第一个字段是绝对有序的,从第二个字段开始是无序的,这就解释了为什么直接使用第二字段进行条件判断用不到索引了(从第二个字段开始,无序,无法走 B+ Tree 索引)!这也是 MySQL 在联合索引中强调最左前缀匹配原则的原因。

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