MyISAM与InnoDB两类存储引擎的索引实现

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2021-12-18 22:34 242阅读 0赞

在使用InnoDB存储引擎时，如果没有特别的需要，请永远使用一个与业务无关的自增字段作为主键（除非高并发写入操作可能需要衡量自增主键或有业务安全性要求）。有人觉得没有必要，完全可以使用如学号或身份证号这种唯一字段作为主键。不论支持哪种论点，大多数论据都是业务层面的。如果从数据库索引优化角度看，使用InnoDB引擎而不使用自增主键绝对是一个糟糕的主意。下面从各个方面来讨论一下。

### 主键不可修改 ###

对于数据库来说，主键其实是可以修改的，只要不和其他主键冲突就可以。但是，对于应用来说，如果一条记录要修改主键，那就会出大问题。因为主键的第二个作用是让其他表的外键引用自己，从而实现关系结构。一旦某个表的主键发生了变化，就会导致所有引用了该表的数据必须全部修改外键。很多Web应用的数据库并不是强约束（仅仅引用主键但并没有设置外键约束），修改主键会导致数据完整性直接被破坏。

### 业务字段不可用于主键 ###

所有涉及到业务的字段，无论它看上去是否唯一，都决不能用作主键。例如，用户表的Email字段是唯一的，但是，如果用它作主键，就会导致其他表到处引用Email字段，从而泄露用户信息。此外，修改Email实际上是一个业务操作，这个操作就直接违反了上一条原则。那么，主键应该使用哪个字段呢？主键必须使用单独的，完全没有业务含义的字段，也就是主键本身除了唯一标识和不可修改这两个责任外，主键没有任何业务含义。类似的，看上去唯一的用户名、身份证号等，也不能用作主键。对这些唯一字段，应该加上unique索引约束。

主键应该用什么类型？上面说了，不考虑业务，从数据库索引优化角度看，使用InnoDB引擎而不使用自增主键绝对是一个糟糕的主意。下面先简单说说MySQL索引实现。在MySQL中，索引属于存储引擎级别的概念，不同存储引擎对索引的实现方式是不同的，下面看下MyISAM和InnoDB两个存储引擎的索引实现方式。

## 1、MyISAM索引实现 ##

### 1.1、主键索引（primary key） ###

MyISAM数据存储文件和索引文件是分开的，使用B+Tree作为索引结构，叶节点的data域存放的是数据记录的地址。下图是MyISAM索引的原理图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z1emhvbmdtaW4wNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
这里设表一共有三列，假设我们以Col1为主键，则上图是一个MyISAM表的主索引（Primary key）示意。可以看出MyISAM的索引文件仅仅保存数据记录的地址。

### 1.2、辅助索引（Secondary key） ###

在MyISAM中，主索引和辅助索引（Secondary key）在结构上没有任何区别，只是主索引要求key是唯一的，而辅助索引的key可以重复。如果我们在Col2上建立一个辅助索引，则此索引的结构如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z1emhvbmdtaW4wNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
同样也是一颗B+Tree，data域保存数据记录的地址。因此，MyISAM中索引检索的算法为首先按照B+Tree搜索算法搜索索引，如果指定的Key存在，则取出其data域的值，然后以data域的值为地址，读取相应数据记录。 MyISAM的索引方式也叫做“非聚集”的，之所以这么称呼是为了与InnoDB的聚集索引区分。

## 2、InnoDB索引实现 ##

虽然InnoDB也使用B+Tree作为索引结构，但具体实现方式却与MyISAM截然不同。

### 2.1、主键索引（primary key） ###

第一个重大区别是InnoDB的数据文件本身就是索引文件。从上文知道，MyISAM索引文件和数据文件是分离的，索引文件仅保存数据记录的地址。而在InnoDB中，表数据文件本身就是按B+Tree组织的一个索引结构，这棵树的叶节点data域保存了完整的数据记录。这个索引的key是数据表的主键，因此InnoDB表数据文件本身就是主索引。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z1emhvbmdtaW4wNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
上图是InnoDB主索引（同时也是数据文件）的示意图，可以看到叶节点包含了完整的数据记录。这种索引叫做聚集索引。因为InnoDB的数据文件本身要按主键聚集，所以InnoDB要求表必须有主键（MyISAM可以没有），如果没有显式指定，则MySQL系统会自动选择一个可以唯一标识数据记录的列作为主键，如果不存在这种列，则MySQL自动为InnoDB表生成一个隐含字段作为主键，这个字段长度为6个字节，类型为长整形。

### 2.2、辅助索引（Secondary key） ###

第二个与MyISAM索引的不同是InnoDB的辅助索引data域存储相应记录主键的值而不是地址。换句话说，InnoDB的所有辅助索引都引用主键作为data域。例如，下图为定义在Col3上的一个辅助索引：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z1emhvbmdtaW4wNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
InnoDB 表是基于聚簇索引建立的。因此InnoDB 的索引能提供一种非常快速的主键查找性能。不过，它的辅助索引（Secondary Index， 也就是非主键索引）也会包含主键列，所以，如果主键定义的比较大，其他索引也将很大。如果想在表上定义 、很多索引，则争取尽量把主键定义得小一些，InnoDB 不会压缩索引。 文字符的ASCII码作为比较准则。聚集索引这种实现方式使得按主键的搜索十分高效，但是辅助索引搜索需要检索两遍索引：首先检索辅助索引获得主键，然后用主键到主索引中检索获得记录。

不同存储引擎的索引实现方式对于正确使用和优化索引都非常有帮助，例如知道了InnoDB的索引实现后，就很容易明白为什么不建议使用过长的字段作为主键，因为所有辅助索引都引用主索引，过长的主索引会令辅助索引变得过大。再例如，用非单调的字段作为主键在InnoDB中不是个好主意，因为InnoDB数据文件本身是一颗B+Tree，非单调的主键会造成在插入新记录时数据文件为了维持B+Tree的特性而频繁的分裂调整，十分低效，而使用自增字段作为主键则是一个很好的选择。

InnoDB索引和MyISAM索引的区别：

*  主索引的区别，InnoDB的数据文件本身就是索引文件，而MyISAM的索引和数据是分开的。
 *  辅助索引的区别，InnoDB的辅助索引data域存储相应记录主键的值而不是地址。而MyISAM的辅助索引和主索引没有多大区别。

### 2.3 InnoDB自增主键 ###

上面讨论过InnoDB的索引实现，InnoDB使用聚集索引，数据记录本身被存于主索引（一颗B+Tree）的叶子节点上。这就要求同一个叶子节点内（大小为一个内存页或磁盘页）的各条数据记录按主键顺序存放，因此每当有一条新的记录插入时，MySQL会根据其主键将其插入适当的节点和位置，如果页面达到装载因子（InnoDB默认为15/16），则开辟一个新的页（节点）。如果表使用自增主键，那么每次插入新的记录，记录就会顺序添加到当前索引节点的后续位置，当一页写满，就会自动开辟一个新的页。如下图所示：  
![在这里插入图片描述][20190701164243825.png]  
这样就会形成一个紧凑的索引结构，近似顺序填满。由于每次插入时也不需要移动已有数据，因此效率很高，也不会增加很多开销在维护索引上。

如果使用非自增主键（如果身份证号或学号等），由于每次插入主键的值近似于随机，因此每次新纪录都要被插到现有索引页得中间某个位置：  
![在这里插入图片描述][20190701164303818.png]  
此时MySQL不得不为了将新记录插到合适位置而移动数据，甚至目标页面可能已经被回写到磁盘上而从缓存中清掉，此时又要从磁盘上读回来，这增加了很多开销，同时频繁的移动、分页操作造成了大量的碎片，得到了不够紧凑的索引结构，后续不得不通过OPTIMIZE TABLE来重建表并优化填充页面。因此，只要可以，请尽量在InnoDB上采用自增字段做主键。

本文转载自：https://www.jianshu.com/p/d6a22e0d3a49

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