数据库索引概念和实现方式

索引的概念

索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构，使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。如果想按特定职员的姓来查找他或她，则与在表中搜索所有的行相比，索引有助于更快地获取信息。

索引的一个主要目的就是加快检索表中数据的方法，亦即能协助信息搜索者尽快的找到符合限制条件的记录ID的辅助数据结构。

索引的分类

根据数据库的功能，可以在数据库设计器中创建索引：唯一索引、主键索引和聚集索引。

唯一索引：表中的任意两行的索引值都不相等

主键索引和唯一索引的区别：

主键一定会创建一个唯一索引，但是有唯一索引的列不一定是主键；
主键不允许为空值，唯一索引列允许空值；
一个表只能有一个主键，但是可以有多个唯一索引；
主键可以被其他表引用为外键，唯一索引列不可以；
主键是一种约束，而唯一索引是一种索引，是表的冗余数据结构，两者有本质的差别
聚集索引指示表中数据行按索引键的排序次序存储，聚集索引对查找行很有效。只有当表包含聚集索引时，表内的数据行才按索引列的值在磁盘上进行物理上排序和存储。每一个表只能有一个聚集索引，因为数据行本身只能按一个顺序存储。

1.普通索引
是最基本的索引，它没有任何限制。它有以下几种创建方式：
（1）直接创建索引
CREATE INDEX index_name ON table(column(length))
（2）修改表结构的方式添加索引
ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name ON (column(length))
（3）创建表的时候同时创建索引

CREATE TABLE table (
id int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT ,
title char(255) CHARACTER NOT NULL ,
content text CHARACTER NULL ,
time int(10) NULL DEFAULT NULL ,
PRIMARY KEY (id),
INDEX index_name (title(length))
)

（4）删除索引
DROP INDEX index_name ON table

2.唯一索引
与前面的普通索引类似，不同的就是：索引列的值必须唯一，但允许有空值。如果是组合索引，则列值的组合必须唯一。它有以下几种创建方式：
（1）创建唯一索引
CREATE UNIQUE INDEX indexName ON table(column(length))
（2）修改表结构
ALTER TABLE table_name ADD UNIQUE indexName ON (column(length))
（3）创建表的时候直接指定

CREATE TABLE table (
id int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT ,
title char(255) CHARACTER NOT NULL ,
content text CHARACTER NULL ,
time int(10) NULL DEFAULT NULL ,
UNIQUE indexName (title(length))
);

3.主键索引
是一种特殊的唯一索引，一个表只能有一个主键，不允许有空值。一般是在建表的时候同时创建主键索引：
CREATE TABLE table (
id int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT ,
title char(255) NOT NULL ,
PRIMARY KEY (id)
);

4.组合索引
指多个字段上创建的索引，只有在查询条件中使用了创建索引时的第一个字段，索引才会被使用。使用组合索引时遵循最左前缀集合
ALTER TABLE table ADD INDEX name_city_age (name,city,age);

5.全文索引
主要用来查找文本中的关键字，而不是直接与索引中的值相比较。fulltext索引跟其它索引大不相同，它更像是一个搜索引擎，而不是简单的where语句的参数匹配。fulltext索引配合match against操作使用，而不是一般的where语句加like。它可以在create table，alter table ，create index使用，不过目前只有char、varchar，text 列上可以创建全文索引。值得一提的是，在数据量较大时候，现将数据放入一个没有全局索引的表中，然后再用CREATE index创建fulltext索引，要比先为一张表建立fulltext然后再将数据写入的速度快很多。
（1）创建表的适合添加全文索引

（2）修改表结构添加全文索引
ALTER TABLE article ADD FULLTEXT index_content(content)
（3）直接创建索引
CREATE FULLTEXT INDEX index_content ON article(content)

索引的优缺点

优点：

1.大大加快数据的检索速度;

2.创建唯一性索引，保证数据库表中每一行数据的唯一性;

3.加速表和表之间的连接;

4.在使用分组和排序子句进行数据检索时，可以显著减少查询中分组和排序的时间。

缺点：

1.索引需要占用数据表以外的物理存储空间

2.创建索引和维护索引要花费一定的时间

3.当对表进行更新操作时，索引需要被重建，这样降低了数据的维护速度。

索引的实现方式

1 B+树

我们经常听到B+树就是这个概念，用这个树的目的和红黑树差不多，也是为了尽量保持树的平衡，当然红黑树是二叉树，但B+树就不是二叉树了，节点下面可以有多个子节点，数据库开发商会设置子节点数的一个最大值，这个值不会太小，所以B+树一般来说比较矮胖，而红黑树就比较瘦高了。

关于B+树的插入，删除，会涉及到一些算法以保持树的平衡，这里就不详述了。ORACLE的默认索引就是这种结构的。

如果经常需要同时对两个字段进行AND查询,那么使用两个单独索引不如建立一个复合索引，因为两个单独索引通常数据库只能使用其中一个，而使用复合索引因为索引本身就对应到两个字段上的，效率会有很大提高。

2 散列索引

第二种索引叫做散列索引，就是通过散列函数来定位的一种索引，不过很少有单独使用散列索引的，反而是散列文件组织用的比较多。

散列文件组织就是根据一个键通过散列计算把对应的记录都放到同一个槽中，这样的话相同的键值对应的记录就一定是放在同一个文件里了，也就减少了文件读取的次数，提高了效率。

散列索引呢就是根据对应键的散列码来找到最终的索引项的技术，其实和B树就差不多了，也就是一种索引之上的二级辅助索引，我理解散列索引都是二级或更高级的稀疏索引，否则桶就太多了，效率也不会很高。

3 位图索引

位图索引是一种针对多个字段的简单查询设计一种特殊的索引，适用范围比较小，只适用于字段值固定并且值的种类很少的情况，比如性别，只能有男和女，或者级别，状态等等，并且只有在同时对多个这样的字段查询时才能体现出位图的优势。

位图的基本思想就是对每一个条件都用0或者1来表示，如有5条记录，性别分别是男，女，男，男，女，那么如果使用位图索引就会建立两个位图，对应男的10110和对应女的01001,这样做有什么好处呢，就是如果同时对多个这种类型的字段进行and或or查询时，可以使用按位与和按位或来直接得到结果了。

B+树最常用，性能也不差，用于范围查询和单值查询都可以。特别是范围查询，非得用B+树这种顺序的才可以了。

HASH的如果只是对单值查询的话速度会比B+树快一点，但是ORACLE好像不支持HASH索引，只支持HASH表空间。

位图的使用情况很局限，只有很少的情况才能用，一定要确定真正适合使用这种索引才用（值的类型很少并且需要复合查询），否则建立一大堆位图就一点意义都没有了。

B树和B+树的区别
B树：每个节点包含了键值和键值对于的数据对象存放地址指针，所以成功搜索一个对象可以不用到达树的叶节点。

B+树：内节点不存储data（地址），只存储key，所有的key都会在叶子结点命中，叶子结点之间有一个指针相互连接

索引注意事项

使用索引时，有以下一些技巧和注意事项：
1.索引不会包含有null值的列
只要列中包含有null值都将不会被包含在索引中，复合索引中只要有一列含有null值，那么这一列对于此复合索引就是无效的。所以我们在数据库设计时不要让字段的默认值为null。
2.使用短索引
对串列进行索引，如果可能应该指定一个前缀长度。例如，如果有一个char(255)的列，如果在前10个或20个字符内，多数值是惟一的，那么就不要对整个列进行索引。短索引不仅可以提高查询速度而且可以节省磁盘空间和I/O操作。
3.索引列排序
查询只使用一个索引，因此如果where子句中已经使用了索引的话，那么order by中的列是不会使用索引的。因此数据库默认排序可以符合要求的情况下不要使用排序操作；尽量不要包含多个列的排序，如果需要最好给这些列创建复合索引。
4.like语句操作
一般情况下不推荐使用like操作，如果非使用不可，如何使用也是一个问题。like “%aaa%” 不会使用索引而like “aaa%”可以使用索引。
5.不要在列上进行运算
这将导致索引失效而进行全表扫描，例如
SELECT * FROM table_name WHERE YEAR(column_name)<2017;
6.不使用not in和<>操作