加速PHP動態網站 MySQL索引分析與最佳化

本文主要講述如何加速動態網站的MySQL索引分析和最佳化。

一、什麼是索引？

索引用來快速地尋找那些具有特定值的記錄，所有MySQL索引都以B-樹的形式保存。如果沒有索引，執行查詢時MySQL必須從第一個記錄開始掃描整個資料表的所有記錄，直到找到符合要求的記錄。表裡面的記錄數量越多，這個操作的代價就越高。如果已經在作為搜尋條件的欄位上建立了索引，MySQL無需掃描任何記錄即可快速取得目標記錄的位置。如果表有1000個記錄，透過索引查找記錄至少要比順序掃描記錄快100倍。

假設我們建立了一個名為people的表：

CREATE TABLE people ( peopleid SMALLINT NOT NULL, name CHAR(50) NOT NULL );

然後，我們完全隨機把1000個不同name值插入people表。在資料檔中name列沒有任何明確的次序。如果我們建立了name列的索引，MySQL將在索引中排序name列,對於索引中的每一項，MySQL在內部為它保存一個資料檔案中實際記錄所在位置的「指標」。因此，如果我們要找name等於「Mike」記錄的peopleid（SQL指令為「SELECT peopleid FROM people WHERE name='Mike';」），MySQL能夠在name的索引中尋找「Mike」值，然後直接轉到資料檔案中對應的行，準確地傳回該行的peopleid（999）。在這個過程中，MySQL只要處理一個行就可以回傳結果。如果沒有「name」欄位的索引，MySQL要掃描資料檔案中的所有記錄，也就是1000個記錄！顯然，需要MySQL處理的記錄數量越少，則它完成任務的速度就越快。

二、索引的類型

MySQL提供多種索引類型供選擇：

普通索引 :

這是最基本的索引類型，而且它沒有唯一性之類的限制。普通索引可以透過以下幾種方式建立：

建立索引，例如CREATE INDEX ON tablename (列的清單)；

修改表，例如ALTER TABLE tablename ADD INDEX [索引的名字] (列的列表)；

創建表的時候指定索引，例如CREATE TABLE tablename ( [...], INDEX [索引的名字] (列的列表) )；

唯一性索引:

這種索引和前面的「普通索引」基本上相同，但有一個差異：索引列的所有值都只能出現一次，即必須唯一。唯一性索引可以用以下幾種方式建立：

建立索引，例如CREATE UNIQUE INDEX ON tablename (列的清單)；

修改表，例如ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE [索引的名字] (修改表，例如ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE [索引的名字] (修改表，例如ALTER TABLE tablename ADD UNIQUE [索引的名字] (列的清單)；

建立表的時候指定索引，例如CREATE TABLE tablename ( [...], UNIQUE [索引的名字] (列的清單) )；

主鍵:

主鍵是一種唯一性索引，但它必須指定為“PRIMARY KEY”。如果你曾經用過AUTO_INCREMENT類型的列，你可能已經熟悉主鍵之類的概念了。主鍵一般在建立表格的時候指定，例如「CREATE TABLE tablename ( [...], PRIMARY KEY (列的清單) ); 」。但是，我們也可以透過修改表的方式加入主鍵，例如「ALTER TABLE tablename ADD PRIMARY KEY (列的清單); 」。每個表只能有一個主鍵。

全文索引:

MySQL從3.23.23版開始支援全文索引和全文檢索。在MySQL中，全文索引的索引類型為FULLTEXT。全文索引可以在VARCHAR或TEXT類型的欄位上建立。它可以透過CREATE TABLE命令創建，也可以透過ALTER TABLE或CREATE INDEX命令創建。對於大規模的資料集，透過ALTER TABLE（或CREATE INDEX）指令建立全文索引要比把記錄插入帶有全文索引的空表更快。本文下面的討論不再涉及全文索引，要了解更多信息，請參見MySQL documentation。

三、單列索引與多列索引

索引可以是單列索引，也可以是多列索引。下面我們透過具體的例子來說明這兩種索引的差異。假設有這樣一個people表：

CREATE TABLE people ( peopleid 
SMALLINT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
firstname CHAR(50) NOT NULL, lastname CHAR(50) NOT NULL, 
age SMALLINT NOT NULL,
townid SMALLINT NOT NULL, PRIMARY KEY (peopleid) );

下面是我們插入到這個people表的資料：

這個資料片段中有四個名字為「Mikes」的人（其中兩個姓Sullivans，兩個姓McConnells），有兩個年齡為17歲的人，還有一個名字與眾不同的Joe Smith。

這個表的主要用途是根據指定的用戶姓、名以及年齡返回相應的peopleid。例如，我們可能需要尋找姓名為Mike Sullivan、年齡17歲使用者的peopleid（SQL指令為SELECT peopleid FROM people WHERE firstname='Mike' AND lastname='Sullivan' AND age=17;）。由於我們不想讓MySQL每次執行查詢就去掃描整個表，這裡需要考慮運用索引。

首先，我们可以考虑在单个列上创建索引，比如firstname、lastname或者age列。如果我们创建firstname列的索引（ALTER TABLE people ADD INDEX firstname (firstname)；），MySQL将通过这个索引迅速把搜索范围限制到那些firstname='Mike'的记录，然后再在这个“中间结果集”上进行其他条件的搜索：它首先排除那些lastname不等于“Sullivan”的记录，然后排除那些age不等于17的记录。当记录满足所有搜索条件之后，MySQL就返回最终的搜索结果。

由于建立了firstname列的索引，与执行表的完全扫描相比，MySQL的效率提高了很多，但我们要求MySQL扫描的记录数量仍旧远远超过了实际所需要的。虽然我们可以删除firstname列上的索引，再创建lastname或者age列的索引，但总地看来，不论在哪个列上创建索引搜索效率仍旧相似。

为了提高搜索效率，我们需要考虑运用多列索引。如果为firstname、lastname和age这三个列创建一个多列索引，MySQL只需一次检索就能够找出正确的结果！下面是创建这个多列索引的SQL命令：

ALTER TABLE people ADD INDEX fname_lname_age (firstname,lastname,age)；

由于索引文件以B-树格式保存，MySQL能够立即转到合适的firstname，然后再转到合适的lastname，最后转到合适的age。在没有扫描数据文件任何一个记录的情况下，MySQL就正确地找出了搜索的目标记录！

那么，如果在firstname、lastname、age这三个列上分别创建单列索引，效果是否和创建一个firstname、lastname、age的多列索引一样呢？答案是否定的，两者完全不同。当我们执行查询的时候，MySQL只能使用一个索引。如果你有三个单列的索引，MySQL会试图选择一个限制最严格的索引。但是，即使是限制最严格的单列索引，它的限制能力也肯定远远低于firstname、lastname、age这三个列上的多列索引。

四、最左前缀

多列索引还有另外一个优点，它通过称为最左前缀（Leftmost Prefixing）的概念体现出来。继续考虑前面的例子，现在我们有一个firstname、lastname、age列上的多列索引，我们称这个索引为fname_lname_age。当搜索条件是以下各种列的组合时，MySQL将使用fname_lname_age索引：

firstname，lastname，age
firstname，lastname
firstname

从另一方面理解，它相当于我们创建了(firstname，lastname，age)、(firstname，lastname)以及(firstname)这些列组合上的索引。下面这些查询都能够使用这个fname_lname_age索引：

SELECT peopleid FROM people 
WHERE firstname='Mike' AND lastname='Sullivan' AND age='17'; 
SELECT peopleid FROM people WHERE firstname='Mike' AND lastname='Sullivan'; 
SELECT peopleid FROM people WHERE firstname='Mike'; 
The following queries cannot use the index at all: 
SELECT peopleid FROM people WHERE lastname='Sullivan'; 
SELECT peopleid FROM people WHERE age='17'; 
SELECT peopleid FROM people WHERE lastname='Sullivan' AND age='17';

五、选择索引列

在性能优化过程中，选择在哪些列上创建索引是最重要的步骤之一。可以考虑使用索引的主要有两种类型的列：在WHERE子句中出现的列，在join子句中出现的列。请看下面这个查询：

SELECT age ## 不使用索引
FROM people WHERE firstname='Mike' ## 考虑使用索引
AND lastname='Sullivan' ## 考虑使用索引

这个查询与前面的查询略有不同，但仍属于简单查询。由于age是在SELECT部分被引用，MySQL不会用它来限制列选择操作。因此，对于这个查询来说，创建age列的索引没有什么必要。下面是一个更复杂的例子：

SELECT people.age, ##不使用索引
town.name ##不使用索引
FROM people LEFT JOIN town ON
people.townid=town.townid ##考虑使用索引
WHERE firstname='Mike' ##考虑使用索引
AND lastname='Sullivan' ##考虑使用索引

与前面的例子一样，由于firstname和lastname出现在WHERE子句中，因此这两个列仍旧有创建索引的必要。除此之外，由于town表的townid列出现在join子句中，因此我们需要考虑创建该列的索引。那么，我们是否可以简单地认为应该索引WHERE子句和join子句中出现的每一个列呢？差不多如此，但并不完全。我们还必须考虑到对列进行比较的操作符类型。MySQL只有对以下操作符才使用索引：，>=，BETWEEN，IN，以及某些时候的LIKE。可以在LIKE操作中使用索引的情形是指另一个操作数不是以通配符（%或者_）开头的情形。例如，“SELECT peopleid FROM people WHERE firstname LIKE 'Mich%';”这个查询将使用索引，但“SELECT peopleid FROM people WHERE firstname LIKE '%ike';”这个查询不会使用索引。

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