MySQL默認(rèn)使用的索引底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是B+樹(shù)，默認(rèn)存儲(chǔ)引擎是InnoDB引擎。

這是MySQL文檔，有需要的自己瀏覽。

https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/

接下來(lái)我們步入今天的正題：

1. 什么是索引

• 索引(index)是幫助MySQL高效獲取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(有序)?？梢钥焖俣ㄎ粩?shù)據(jù)位置而不必掃描整個(gè)表。
• 在數(shù)據(jù)之外，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)還維護(hù)著滿足特定査找算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(B+樹(shù))，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以某種方式引用(指向)數(shù)據(jù)，這樣就可以在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)高級(jí)查找算法這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是索引。

索引的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)

• 提高查詢速度：索引可以大大加快數(shù)據(jù)檢索速度，特別是對(duì)于大型表
• 加速排序和分組操作：ORDER BY和GROUP BY操作在有索引時(shí)會(huì)更快
• 優(yōu)化連接操作：表連接時(shí)如果有適當(dāng)?shù)乃饕龝?huì)顯著提高性能
• 保證數(shù)據(jù)唯一性：唯一索引可以確保列中數(shù)據(jù)的唯一性
• 減少服務(wù)器掃描的數(shù)據(jù)量：MySQL可以使用索引直接定位到所需數(shù)據(jù)，而不必掃描整個(gè)表

缺點(diǎn)

• 占用額外存儲(chǔ)空間：索引需要額外的磁盤(pán)空間
• 降低寫(xiě)入性能：
  • INSERT操作需要同時(shí)更新索引
  • UPDATE操作如果修改了索引列需要更新索引
  • DELETE操作也需要更新索引
• 維護(hù)成本：索引需要定期維護(hù)，特別是在數(shù)據(jù)頻繁變更的情況下
• 優(yōu)化器可能不使用索引：在某些情況下，MySQL優(yōu)化器可能決定不使用索引
• 索引選擇過(guò)多可能導(dǎo)致性能下降：過(guò)多的索引會(huì)增加優(yōu)化器選擇執(zhí)行計(jì)劃的時(shí)間

索引的數(shù)據(jù)類型：

MySQL支持多種索引類型，每種類型適用于不同的場(chǎng)景和需求。

1. 普通索引 (INDEX / KEY)

• 最基本的索引類型，沒(méi)有特殊限制
• 語(yǔ)法：CREATE INDEX index_name ON table_name(column_name)
• 適用于大多數(shù)查詢場(chǎng)景

2. 唯一索引 (UNIQUE INDEX)

• 確保索引列的值唯一，但允許NULL值
• 語(yǔ)法：CREATE UNIQUE INDEX index_name ON table_name(column_name)
• 常用于主鍵或需要唯一約束的列

3. 主鍵索引 (PRIMARY KEY)

• 特殊的唯一索引，不允許NULL值
• 每個(gè)表只能有一個(gè)主鍵
• 語(yǔ)法：ALTER TABLE table_name ADD PRIMARY KEY (column_name)

4. 全文索引 (FULLTEXT INDEX)

• 專門(mén)用于全文搜索，僅適用于MyISAM和InnoDB(MySQL 5.6+)引擎
• 語(yǔ)法：CREATE FULLTEXT INDEX index_name ON table_name(column_name)
• 支持MATCH AGAINST操作

5. 組合索引 (復(fù)合索引)

• 在多個(gè)列上創(chuàng)建的索引
• 語(yǔ)法：CREATE INDEX index_name ON table_name(col1, col2, col3)
• 遵循最左前綴原則

6. 空間索引 (SPATIAL INDEX)

• 用于地理空間數(shù)據(jù)類型(GEOMETRY, POINT, LINESTRING, POLYGON等)
• 僅MyISAM表支持
• 語(yǔ)法：CREATE SPATIAL INDEX index_name ON table_name(column_name)

7. 前綴索引

• 對(duì)列值的前N個(gè)字符建立索引
• 語(yǔ)法：CREATE INDEX index_name ON table_name(column_name(N))
• 適用于長(zhǎng)字符串列

8. 哈希索引

• Memory存儲(chǔ)引擎默認(rèn)使用哈希索引
• InnoDB有自適應(yīng)哈希索引功能(自動(dòng)管理)
• 僅支持等值查詢(=, IN)，不支持范圍查詢

9. 覆蓋索引

• 不是一種單獨(dú)的索引類型，而是一種使用方式
• 當(dāng)查詢的所有列都包含在索引中時(shí)，MySQL可以直接從索引獲取數(shù)據(jù)而無(wú)需回表

注意一點(diǎn)：聚簇索引(Clustered Index)和非聚簇索引(Non-clustered Index)雖然也稱之為索引，但和這些分類有很大的區(qū)別。

核心原因還是因?yàn)椋?u>分類維度不同

• MySQL官方按功能分類（開(kāi)發(fā)者視角）
  • 這些主鍵索引、唯一索引、普通索引、全文索引等，主要關(guān)注索引的邏輯功能和約束條件
• 聚簇/非聚簇是存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)分類（引擎內(nèi)部視角）
  • 描述數(shù)據(jù)與索引的物理存儲(chǔ)關(guān)系，屬于底層實(shí)現(xiàn)機(jī)制而非用戶可配置選項(xiàng)。

未單獨(dú)列為類型的其他原因：

• 引擎相關(guān)性：
  • 是否聚簇取決于存儲(chǔ)引擎實(shí)現(xiàn)，比如：InnoDB有聚簇索引，MyISAM則沒(méi)有。
• 用戶不可選擇性：
  • 開(kāi)發(fā)者不能直接選擇創(chuàng)建聚簇/非聚簇索引，而是由主鍵定義和引擎特性自動(dòng)決定。
• 透明性考慮：
  • 對(duì)大多數(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)是底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，功能分類對(duì)開(kāi)發(fā)者更實(shí)用。
• 歷史兼容性：
  • 不同引擎行為差異大，統(tǒng)一分類會(huì)引發(fā)混淆。

2. 索引的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

MySQL索引使用多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，不同的存儲(chǔ)引擎采用不同的索引結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化查詢性能。

常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：

• B樹(shù)（B-Tree）
• B+樹(shù)（B+Tree）（InnoDB實(shí)際采用）
• Hash
• R-Tree（空間索引）

MySQL主要就是使用B+樹(shù)。

在了解B樹(shù)和B+樹(shù)之前，我們先來(lái)了解一下二叉樹(shù)：

二叉樹(shù)（二叉搜索樹(shù)）

• 二叉搜索樹(shù)(Binary Search Tree, BST)是一種特殊的二叉樹(shù)：
  • 左子樹(shù)所有節(jié)點(diǎn)值 < 根節(jié)點(diǎn)值
  • 右子樹(shù)所有節(jié)點(diǎn)值 > 根節(jié)點(diǎn)值
  • 左右子樹(shù)也分別是BST

優(yōu)點(diǎn)：

1. 邏輯簡(jiǎn)單：易于理解和實(shí)現(xiàn)
2. 有序性：中序遍歷可得有序序列
3. 二分查找：理想情況下查詢效率高

缺點(diǎn)：

• 不平衡風(fēng)險(xiǎn)：可能退化成鏈表(復(fù)雜度→O(n))
• 不適合磁盤(pán)存儲(chǔ)：節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布導(dǎo)致大量磁盤(pán)I/O

下面就是最壞情況下的二叉樹(shù)，直接演化為了一個(gè)鏈表形式。

B樹(shù)（B-Tree）

B-Tree，B樹(shù)是一種自平衡的樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，相對(duì)于二叉樹(shù)，B樹(shù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)分支，即多叉。它保持?jǐn)?shù)據(jù)有序，并允許進(jìn)行高效的搜索、順序訪問(wèn)、插入和刪除操作。

以一顆最大度數(shù)(max-degree)為5(5階)的b-tree為例，那這個(gè)B樹(shù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多存儲(chǔ)4個(gè)key

B樹(shù)的主要特性：

• 多路平衡搜索樹(shù)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)。
• 自平衡：樹(shù)始終保持平衡狀態(tài)。
• 有序存儲(chǔ)：節(jié)點(diǎn)中的鍵(key)按順序排列。
• 適合外存：設(shè)計(jì)用于減少磁盤(pán)訪問(wèn)次數(shù)。

B+樹(shù)（B+Tree）

B+Tree是在BTree基礎(chǔ)上的一種優(yōu)化，具有比B樹(shù)更適合外部存儲(chǔ)的特性，InnoDB存儲(chǔ)引擎就是用B+Tree實(shí)現(xiàn)其索引結(jié)構(gòu)。

B+樹(shù)的主要特點(diǎn)：

• 多路平衡：每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，保持樹(shù)的平衡
• 分層存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)只存儲(chǔ)在葉子節(jié)點(diǎn)，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)鍵值（索引）
• 順序訪問(wèn)：所有葉子節(jié)點(diǎn)通過(guò)指針連接成一個(gè)有序鏈表

B+樹(shù)與B樹(shù)的比較

總的來(lái)說(shuō)，由于B+樹(shù)獨(dú)特的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式：

• B+樹(shù)的磁盤(pán)讀寫(xiě)代價(jià)更低。
• B+樹(shù)的查詢效率更加穩(wěn)定。
• B+樹(shù)更便于掃庫(kù)和區(qū)間查詢。

3.總結(jié)

3.1 什么是索引？

• 索引(index)是幫助MySQL高效獲取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(有序)。
• 提高數(shù)據(jù)檢索的效率，降低數(shù)據(jù)庫(kù)的IO成本(不需要全表掃描)。
• 通過(guò)索引列對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，降低數(shù)據(jù)排序的成本，降低了CPU的消耗。

3.2 索引的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？

MySQL的InnoDB引擎采用的B+樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)索引

• 階數(shù)更多，路徑更短。
• 磁盤(pán)讀寫(xiě)代價(jià)B+樹(shù)更低，非葉子節(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)指針，葉子階段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
• B+樹(shù)便于掃庫(kù)和區(qū)間查詢，葉子節(jié)點(diǎn)是一個(gè)雙向鏈表。

3.3 為什么 B+Tree 是主流？

• 磁盤(pán)友好：減少 I/O 次數(shù)（矮胖的樹(shù)形結(jié)構(gòu)）。
• 范圍查詢高效：葉子節(jié)點(diǎn)鏈表避免回溯。
• 緩存利用率高：非葉子節(jié)點(diǎn)僅存鍵值，可緩存更多索引。

到此這篇關(guān)于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)索引及底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)mysql索引底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容請(qǐng)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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