B-Tree 索引类型详解

索引有很多种类型，可以为不同的应用场景提供更好的性能。在 MySQL 中，索引是在存储引擎层实现的。接下来重点介绍四种常见的索引类型：B-Tree 索引、哈希索引、空间数据索引（R-Tree）、全文索引。这部分内容分为上下两个小节，本小节重点介绍 B-Tree 索引。

1. B-Tree 索引

B-Tree 索引是最常见的索引之一，当大家在谈论索引的时候，如果没有特别说明，那多半说的就是 B-Tree 索引。在 MySQL 中，大多数的存储引擎都支持 B-Tree 索引。

1.1 存储结构

B-Tree 对索引列的值是按顺序存储的，并且每一个叶子页到根的距离相同。B-Tree 索引可以加快数据查找的速度，因为存储引擎不需要全表扫描来获取数据，只要从索引的根节点开始搜索即可。

以表 customer 为例，我们来看看索引是如何组织数据的存储的。

mysql> create table customer(
		 id int,
         last_name varchar(30),
		 first_name varchar(30),
		 birth_date date,
		 gender char(1),
		 key idx1_customer(last_name,first_name,birth_date)
     );

如图，对于表中的每行数据，索引包含了 last_name、first_name 和 birth_date 的值。
图片描述

1.2 适合 B-Tree 索引的查询类型

全值匹配

和索引中的所有列进行匹配，如查找姓名为 George Bush、1960-08-08 出生的客户。

mysql> explain select * from customer where first_name='George' and last_name='Bush' and birth_date='1960-08-08'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 190
          ref: const,const,const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: NULL
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

匹配最左前缀

只使用索引的第一列，如查找所有姓氏为 Bush 的客户：

mysql> explain select * from customer where last_name='Bush'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: NULL
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

匹配列前缀

只匹配某一列的值的开头部分，如查找所有以 B 开头的姓氏的客户，这里使用了索引的第一列：

mysql> explain select * from customer where last_name like 'B%'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 93
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

匹配范围值

查找所有姓氏在 Allen 和 Bush 之间的客户，这里使用了索引的第一列：

mysql> explain select * from customer where last_name between 'Allen' and 'Bush'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 93
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

精确匹配某一列，并范围匹配另一列

第一列全匹配，第二列范围匹配，如查找姓氏为 Bush，名字以 G 开头的客户：

mysql> explain select * from customer where last_name='Bush' and first_name like 'G'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 186
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

只访问索引的查询

只需要访问索引即可获取数据，不需要回表访问数据行，这种查询也叫覆盖索引：

mysql> explain select last_name from customer where last_name='Bush'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

除了上述这些查询类型外，索引还可以用于 order by 排序操作，因为索引中的节点是有序的。如果 B-Tree 可以按照某种方式查找到数据，那么也可以按照这种方式进行排序。

1.3 B-Tree 索引的限制

如果不是按照索引的最左列开始查找数据，则无法使用索引。如查找名字为 George 的客户：

mysql> explain select * from customer where first_name='George'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ALL
possible_keys: NULL
          key: NULL
      key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using where
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

不能跳过索引的列。如查找姓氏为 Bush，生日为 1960-08-08 的客户，这种查询只能使用索引的第一列：

mysql> explain select * from customer where last_name='Bush' and birth_date='1960-08-08'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: ref
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 93
          ref: const
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

如果查询中有某个列的范围查询，在其右边的列都无法使用索引进行查找数据。如查找姓氏为以 B 开头，名字为 George 的客户。这个查询只能使用第一列，因为 like 是一个范围查询：

mysql> explain select * from customer where last_name like 'B%' and first_name='George'\G;
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: customer
   partitions: NULL
         type: range
possible_keys: idx1_customer
          key: idx1_customer
      key_len: 186
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using index condition
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

2. 小结

本小节介绍了 B-Tree 索引的存储结构、适合 B-Tree 索引的查询类型和相关限制，从中我们可以看出，索引列的顺序非常重要。在某些应用场景，可能需要创建相同列，但顺序不同的索引，来满足性能的优化。