五分钟速览MySQL的索引结构

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前言

和一个同事讨论MySQL数据量达到多少会出现查询速度显著下降，两个半吊子好像知道一点但是又不太说得清楚，所以本文针对MySQL的索引结构这个经典八股，做一下整理。

正文

一. 哈希索引

哈希索引底层使用的数据结构为哈希表，在MySQL中只有Memory引擎支持哈希索引。哈希索引可以用下图进行示意。

在发生哈希冲突时，是基于拉链法解决冲突。哈希索引最大的缺点就是不支持范围查询。

二. B树和B+树

InnoDB引擎使用的索引的底层数据结构为B+树，在分析B+树前，先对B树进行分析。B树（Balanced Tree），全称为多路平衡查找树，一棵B树可以表示如下。

B树的特点可以概括如下。

1. 所有数据分布在整个B树中；
2. 任何一条数据会出现且仅会出现在一个节点上；
3. 搜索可能在非叶子节点上就结束。

现在开始分析B+树，一棵B+树可以表示如下。

B+树相较于B树，其优势如下。

1. B+树的扫表能力更强。做全表扫描时，只需要在叶子节点顺序的访问，不需要遍历树；
2. 磁盘IO能力更强。深度可以比B树更低；
3. 排序能力更强。基于叶子节点上的双向指针实现；
4. 效率更稳定。IO次数是稳定的。

三. MyISAM索引实现

MyISAM使用B+树作为索引结构，并且叶子节点存储的是数据的地址。

MyISAM的主键索引结构如下所示。

MyISAM的主键索引和辅助索引在结构上没有区别，只不过主键索引要求索引值唯一，而辅助索引不要求索引值唯一。假如在字段2上建立一个辅助索引，则图示如下。

四. InnoDB索引实现

InnoDB使用B+树作为索引结构，但是具体实现与MyISAM截然不同。

InnoDB的数据文件就是主键索引文件（MyISAM的数据文件和索引文件是分开的，索引文件中只存储数据的地址）。在InnoDB中，表的数据文件本身就是按照B+树组织的一个主键索引结构，树的叶子节点保存着完整的数据。

InnoDB中的主键索引示意图如下。

因为InnoDB的数据文件要按照主键聚族，所以InnoDB引擎要求表必须有主键（MyISAM引擎的表可以没有主键）。

InnoDB中的辅助索引示意图如下。

InnoDB的辅助索引中的叶子节点存储的是对应数据的主键，使用辅助索引时，首先通过辅助索引获得数据的主键，然后再通过主键索引获得数据。

五. B+树存储数据的计算

B+树中，每个节点对应一页（page），一页大小为16KB。假如非叶子节点上一个键值和指针的大小为16字节，叶子节点上一条数据大小为1.6KB，那么一个深度为2的B+树存储的数据量可以由下图进行说明。

那么如果存储的数据量在1千万以内，则每次查询数据时的IO次数会稳定为3次。

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