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【面试题】MySQL索引相关知识点

1.什么是索引

索引是存储引擎快速查找记录的一种数据结构,就类似书的目录,通过目录可以快速的查找到想要查找的内容


2.索引的特点

  • 特点:索引是基于数据引擎的,不同的数据引擎实现索引的方式不一定相同

  • 好处:通过索引,可以降低磁盘IO的次数,从而加快查找的效率

  • 坏处:

    • 创建索引和维护索引要耗费时间 ,并且随着数据量的增加,所耗费的时间也会增加。
    • 大量的索引,索引文件就可能比数据文件更快达到最大文件尺寸。(innoDB .ida MyISAM myd数据 myi索引)
    • 虽然索引大大提高了查询速度同时却会降低更新表的速度 。当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候,索引也要动态地维护,这样就降低了数据的维护速度。因此,选择使用索引时,需要综合考虑索引的优点和缺点。

3.采用B+树作为索引以后查询一条记录的过程

  • 首先在根节点的数据页中,根据每一页里面的页目录(占用连续存储空间),进行二分查找,找到其对应的二级目录页。
  • 在二级目录页中采用相同的方法进行查找。直到查找到叶子节点。
  • 在叶子节点中,使用二分查找法查找到对应的记录。

4.B+树索引的特点

  • 所有节点都存放数据。叶子节点存放用户的记录,非叶子节点用来存放目录项。
  • 叶子节点之间通过双链表连接,叶子内部采用单链表连接

5.聚簇索引

  • 聚簇索引指的是用户存储的数据都存储在叶子节点上的索引。即索引即数据,数据即索引。
  • 常见的有InnoDB中的主键索引就是聚簇索引。

存储内容

  • 非叶子节点存储页号以及对应页中主键的最小值。
  • 叶子节点存放记录的全部信息

优点:

  • 对于使用主键索引进行查找数据的时候相应速度很快,因为数据都已经存储在叶子节点上了
  • 对于排序和范围查找都很快。因为本身就是有序的,而且由于数据都在叶子节点,那么直接遍历叶子节点组成的双链表即可。同时减少了大量的IO操作。

缺点:

  • 插入速度依赖于插入顺序。如果不按照主键递增顺序插入,那么就会产生页分裂,严重降低插入速度。
  • 更新主键的代价很高。可能会产生大量元素的移动。
  • 二级索引在访问的时候需要回表操作。

限制

  • 由于物理存储方式的限制,同一个表只能有一个聚簇索引。

6.二级索引 非聚簇索引

  • 聚簇索引仅仅通过主键检索的时候才会生效,如果想按照别的字段进行检索的话,那么就需要建立非聚簇索引了。

存储内容

  • 非叶子节点存储的是索引列的信息以及页号和对应页的最小主键值(为了防止索引列相同时无法判断)
  • 叶子节点存储的是索引值,以及对应的主键值,用于回表操作。

对比

  1. 聚簇索引的叶子节点存储的就是我们的数据记录,非聚簇索引的叶子节点存储的是数据位置。非聚簇索引不会影响数据表的物理存储顺序。
  2. 一个表只能有一个聚簇索引,因为只能有一种排序存储的方式,但可以有多个非聚簇索引,也就是多个索引目录提供数据检索。
  3. 使用聚簇索引的时候,数据的查询效率高,但如果对数据进行插入,删除,更新等操作,效率会比非聚簇索引低。

3.联合索引

  • 联合索引本质上也是二级索引:先把各个记录和页按照c2列进行排序。

  • 在记录的c2列相同的情况下,采用c3列进行排序

  • 先按照C2排序,C2相同按照C3排序


7.InnoDB二叉树索引的两个特点

根节点万年不变

  • 为根节点创建一个数据页,存放根节点,成为根页面。
  • 当向表中插入数据时,直接将数据存放在根节点。
  • 当根节点存储满了以后,再次插入数据会首先创建一个新的页面,将根节点的内容复制到这个新页面中,然后再创建一个新页面用来存放新插入的值。最后根节点变成目录节点。
  • 当根节点中的目录项存满以后,再次插入新的目录项会像上一步一样,创建新数据页,将目录项复制到新数据页中,根节点变成了目录项的目录项。
  • 从始至终,根节点的位置都不会发生变化,发生变化的只是里面存储的内容会变。

内节点目录项记录的唯一性

  • 在非聚簇索引中,某些字段可能会重复,导致非聚簇索引中出现了除了页号以外的其他字段都相同的节点,这样在查找的时候就会出现不知道应该走哪一个节点的问题。因此实际上,在非聚簇索引的每一个节点中,还会添加主键字段。

8.MyISAM索引的原理

  • MyISAM引擎的索引和数据是分离的,在存储数据时直接将文件写入到磁盘中。
  • MyISAM会按照主键值创建索引,索引的叶子节点存储的是当前记录所在磁盘的地址。
  • MyISAM实现了索引与数据的分离,因此在磁盘中会创建myi和myd两个文件
  • MyISAM中只有非聚簇索引。

9.InnoDB和MyISAM的区别

  • InnoDB中包含聚簇索引和非聚簇索引两种,在按照主键进行查询的时候,查找一次就可以查找到结果;MyISAM中所有的索引都是非聚簇索引,查询所有的数据都需要进行回表操作。

  • InnoDB中索引和数据是在一起的,底层存储文件为ibd;MyISAM中数据和索引是分离的,分别存储为myi和myd两个文件

  • InnoDB的索引叶子节点中存储的是数据;MyISAM中存储的是数据存储的地址

  • MyISAM的回表速度很快,因为是直接通过地址访问;而InnoDB需要根据主键再次去聚簇索引中取数据,因此速度慢一些

  • InnoDB必须有主键

InnoDB

  • 支持事务,支持索引,支持行锁,在并发状态下仅所行,大幅提高并发性。提供外键约束

  • 不保存表的行数,每次查询需要遍历整个表

  • 主要为海量数据的最大性能设计

  • 崩溃后可以安全的恢复

MyIASM

  • 不支持事务管理,不支持外键,不支持行锁。在增删改的时候,会直接锁住整个表,导致效率低下。
  • 保存了表的行数,在查询表的行数时不需要遍历整个表,效率高
  • 数据量比较小的情况下效率较高
  • 由于不支持事务,所以在崩溃后无法安全的恢复数据

10.索引的代价

  • 空间上:会占用大量的存储空间
  • 时间上:在增删改的时候,由于使用了索引,会导致增删改的时候效率不高。

11.可以成为索引的数据结构有什么,分别有什么特点

主要有两大类:分别是基于哈希表的结构和基于树的结构。
基于哈希表的比如说Redis数据库;MySQL中大部分的存储引擎都是基于树的


12.为什么不采用哈希表结构

  • 哈希表仅能完成等值查找,如果要进行范围查找,那么查找的时间复杂度就会变成O(n),而树由于其有序性,仍然保持O(logn)。
  • 哈希表存储是没有顺序的,因此如果进行Order By的时候,还需要对结构进行重新排序。
    对于联合索引,哈希表将联合后的索引一起求哈希值,无法单独对一个或几个索引建进行查询。哈希表无法做到最左匹配原则
  • 哈希表无法实现模糊查询
  • 对于等值查询来说,哈希值的效率非常高,但是如果要查找的列存在大量重复的话,那么效率会降低到O(n)
  • InnoDB本身也是支持哈希表的,它提供了自适应哈希表,当某个数据经常被访问,那么他会将数据存储到哈希表中,下次查询时直接从哈希表读取数据。

13.B树和B+树的区别

  • B树的数据即存储的叶子节点也存储在非叶子节点;B+树的数据都存储的叶子节点,其非叶子节点存储的都是目录项。导致B+树在查找中效率更加稳定,英文查询数据所需磁盘IO次数相同。B树由于非叶子节点也存储数据,因此查找某一条记录所需要的IO次数不固定
  • 存储相同的数据通常B+树的层数更少,因此非叶子节点仅仅存储目录项,所以整个树的高低更低,IO次数少,所以效率比B树高
  • 在范围查找和排序时,B+树效率更高。因此其叶子节点构成了一个有序链表,查找起来速度很快。B树需要中序遍历才可以。

14.B+树的存储能力如何?为何说一般查找行记录,最多只需1~3次磁盘IO

InnoDB存储引擎中页的大小为16KB, 一般表的主键类型为INT (占用4个字节)或BIGINT (占用8个字节),指针类型也一般为4或8个字节,也就是说一个页(B+Tree 中的一个节点)中大概存储16KB/(8B+8B)=1K个键值(因为是估值,为方便计算,这里的K取值为103。也就是说一个深度为3的B+Tree索引可以维护103 * 10^3 * 10^3 = 10亿条记录。(这里假定一个数据页也存储10^3条行记录数据 了)实际情况中每个节点可能不能填充满,因此在数据库中,B+Tree 的高度一般都在2~4层。MySQL 的InnoDB存储引擎在设计时是将根节点常驻内存的,也就是说查找某一键值的行记录时最多只需要 1~3次磁盘1/0操作。


15.什么字段应该建立索引

  • 有唯一性要求的字段
  • where后面的字段
  • gruop by 或者order by后面的字段

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