MySQL 索引详解：从原理到最佳实践
MySQL 索引详解：从原理到最佳实践
索引是数据库性能优化的核心要素，如同书籍的目录，能极大加快数据查询速度。然而，不合理的索引设计反而会降低数据库性能。本文将深入解析 MySQL 索引的工作原理、类型划分、创建策略及优化技巧，帮助你构建高效的索引体系。
一、索引的基本原理
1.1 什么是索引？
索引是存储在磁盘上的特殊数据结构，它包含表中一列或多列的值，并指向这些值在表中的物理位置。MySQL 索引主要基于 B + 树实现，这是一种平衡多路查找树，具有以下特点：
所有数据都存储在叶子节点，形成有序链表
非叶子节点仅存储索引关键字，不存储实际数据
层级结构，查询时平均复杂度为 O (log n)
1.2 索引的优缺点
优点：
大幅提高查询速度，尤其是大数据量表
加速 JOIN、WHERE 过滤和 ORDER BY 排序操作
唯一索引可保证数据唯一性
缺点：
占用额外存储空间（通常为数据量的 10%-30%）
降低 INSERT、UPDATE、DELETE 等写入操作性能
需要定期维护，索引失效时会影响性能
1.3 索引选择性
索引选择性是指不重复的索引值与表中记录数的比值，计算公式：
plaintext
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选择性 = 不重复的索引值数量 / 表中总记录数
选择性越接近 1，索引效果越好。例如，用户表的email字段比status字段（可能只有 "active"/"inactive" 两个值）选择性更高，更适合创建索引。
二、MySQL 索引类型
2.1 按功能划分
普通索引（INDEX）
最基本的索引类型，没有任何限制
sql
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CREATE INDEX idx_user_name ON users(username);
-- 或在创建表时定义
CREATE TABLE users (
id INT,
username VARCHAR(50),
INDEX idx_user_name (username)
);
唯一索引（UNIQUE）
确保索引列的值唯一，允许 NULL 值（但 NULL 只允许出现一次）
sql
scss
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CREATE UNIQUE INDEX idx_user_email ON users(email);
主键索引（PRIMARY KEY）
特殊的唯一索引，不允许 NULL 值，一个表只能有一个主键
sql
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-- 创建表时定义
CREATE TABLE users (
id INT,
username VARCHAR(50),
PRIMARY KEY (id)
);
全文索引（FULLTEXT）
用于全文搜索，适用于 CHAR、VARCHAR、TEXT 类型字段
sql
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CREATE FULLTEXT INDEX idx_article_content ON articles(content);
-- 使用全文索引查询
SELECT * FROM articles
WHERE MATCH(content) AGAINST('database mysql');
2.2 按物理实现划分
聚集索引（Clustered Index）
数据行的物理顺序与索引顺序一致
InnoDB 引擎中，主键索引就是聚集索引
一个表只能有一个聚集索引
查找速度快，因为索引和数据在一起
非聚集索引（Non-clustered Index）
索引顺序与数据物理存储顺序无关
叶子节点存储的是索引值和对应的主键值
需要二次查找（回表）才能获取完整数据
一个表可以有多个非聚集索引
2.3 按索引列数量划分
单列索引
只包含单个列的索引
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scss
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CREATE INDEX idx_order_date ON orders(order_date);
复合索引（多列索引）
包含多个列的索引，遵循 "最左前缀原则"
sql
scss
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CREATE INDEX idx_user_status_age ON users(status, age);
复合索引的生效规则：
能匹配索引的最左前缀（如只使用 status 查询）
能匹配索引的全部列（同时使用 status 和 age）
不能跳过中间列（如只使用 age 查询无法使用该索引）
三、索引创建与管理
3.1 创建索引的方法
CREATE INDEX 语句
sql
ini
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CREATE [UNIQUE|FULLTEXT] INDEX index_name
ON table_name(column1[length], column2[length], ...);
ALTER TABLE 语句
sql
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ALTER TABLE table_name
ADD [UNIQUE|FULLTEXT] INDEX index_name(column_list);
CREATE TABLE 时定义
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less
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CREATE TABLE table_name (
column1 data_type,
column2 data_type,
...,
INDEX index_name(column_list)
);
3.2 前缀索引
对于字符串类型的长字段，可以只对字段的前 n 个字符创建索引，节省空间并提高效率
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scss
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-- 对username字段的前10个字符创建索引
CREATE INDEX idx_username_prefix ON users(username(10));
前缀长度选择原则：
足够长以保证较高的选择性
足够短以节省空间
可通过查询找到合适的长度：
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SELECT COUNT(DISTINCT LEFT(username, 10))/COUNT(*) AS selectivity
FROM users;
3.3 索引删除
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-- 删除指定索引
DROP INDEX index_name ON table_name;
-- 或使用ALTER TABLE
ALTER TABLE table_name DROP INDEX index_name;
3.4 索引信息查询
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-- 查看表中所有索引
SHOW INDEX FROM table_name;
-- 查看表结构（包含索引信息）
DESCRIBE table_name;
-- 更详细的索引信息
SELECT * FROM information_schema.statistics
WHERE table_name = 'your_table' AND table_schema = 'your_database';
四、索引使用策略与最佳实践
4.1 适合创建索引的场景
经常出现在 WHERE 子句中的列
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-- 频繁按status查询，适合创建索引
SELECT * FROM orders WHERE status = 'completed';
经常用于 JOIN 的列
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-- user_id用于关联查询，适合在两个表都创建索引
SELECT * FROM orders
JOIN users ON orders.user_id = users.id;
经常需要排序（ORDER BY）的列
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-- 对order_date创建索引可加速排序
SELECT * FROM orders ORDER BY order_date DESC;
经常需要分组（GROUP BY）的列
4.2 不适合创建索引的场景
数据量小的表：全表扫描可能比索引查询更快
更新频繁的列：索引会降低更新性能
选择性低的列：如性别（只有男 / 女），索引效果差
很少查询的列：索引只会浪费存储空间
TEXT、BLOB 等大字段：除非使用前缀索引
4.3 索引失效的常见情况
使用函数或表达式操作索引列
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-- 索引失效
SELECT * FROM users WHERE YEAR(created_at) = 2023;
-- 应改为
SELECT * FROM users WHERE created_at BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31';
使用不等于（!=、<>）、NOT IN、NOT EXISTS
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-- 可能导致索引失效
SELECT * FROM users WHERE status != 'active';
使用 OR 连接包含非索引列的条件
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-- 如果age没有索引，整个查询可能不使用索引
SELECT * FROM users WHERE username = 'john' OR age = 30;
使用 LIKE 以通配符开头
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-- 索引失效
SELECT * FROM users WHERE username LIKE '%john';
-- 索引有效
SELECT * FROM users WHERE username LIKE 'john%';
隐式类型转换
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-- phone是字符串类型，查询时用数字会导致索引失效
SELECT * FROM users WHERE phone = 13800138000;
-- 应改为
SELECT * FROM users WHERE phone = '13800138000';
五、索引优化工具与技巧
5.1 使用 EXPLAIN 分析查询
EXPLAIN 是分析索引使用情况的强大工具，能帮助识别性能问题：
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ini
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EXPLAIN SELECT * FROM users WHERE status = 'active' AND age > 25;
关键输出字段解析：
type：访问类型，从好到差依次是：const > eq_ref > ref > range > index > ALL
key：实际使用的索引
rows：估计需要扫描的行数
Extra：额外信息，如 "Using index" 表示使用覆盖索引，"Using filesort" 表示需要额外排序
5.2 覆盖索引
覆盖索引是指索引包含查询所需的所有字段，无需回表查询数据：
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-- 创建包含所需所有字段的复合索引
CREATE INDEX idx_user_status_age_name ON users(status, age, username);
-- 查询只使用索引中的字段，无需访问表数据
SELECT username, age FROM users WHERE status = 'active' AND age > 25;
5.3 索引维护
定期分析表：更新表的统计信息，帮助优化器做出更好决策
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ANALYZE TABLE users;
优化索引碎片：对于频繁更新的表，索引可能产生碎片
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-- InnoDB表重建索引
ALTER TABLE users ENGINE=InnoDB;
-- 或优化特定索引
REBUILD INDEX idx_user_email ON users;
监控慢查询：通过慢查询日志发现未使用索引的查询
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# my.cnf配置
slow_query_log = 1
slow_query_log_file = /var/log/mysql/slow.log
long_query_time = 2
log_queries_not_using_indexes = 1
六、索引设计案例分析
案例 1：电商订单表设计
订单表常见查询场景：
按用户 ID 查询订单
按订单状态和创建时间查询
按订单号查询
合理的索引设计：
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CREATE TABLE orders (
id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
order_no VARCHAR(50) NOT NULL,
user_id INT NOT NULL,
status ENUM('pending', 'paid', 'shipped', 'delivered') NOT NULL,
create_time DATETIME NOT NULL,
total_amount DECIMAL(10,2) NOT NULL,
-- 唯一索引确保订单号不重复
UNIQUE INDEX idx_order_no (order_no),
-- 按用户查询订单
INDEX idx_user_id (user_id),
-- 复合索引支持按状态和时间查询
INDEX idx_status_create_time (status, create_time)
);
案例 2：博客文章表设计
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CREATE TABLE articles (
id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
title VARCHAR(200) NOT NULL,
content TEXT NOT NULL,
author_id INT NOT NULL,
category_id INT NOT NULL,
publish_time DATETIME NOT NULL,
views INT DEFAULT 0,
-- 按作者查询文章
INDEX idx_author_id (author_id),
-- 按分类和发布时间查询
INDEX idx_category_publish_time (category_id, publish_time),
-- 全文索引支持内容搜索
FULLTEXT INDEX idx_article_content (title, content)
);
七、总结
索引是 MySQL 性能优化的关键，但并非越多越好。优秀的索引设计需要：
理解业务查询模式，针对频繁查询创建合适索引
平衡查询性能和写入性能，避免过度索引
定期分析和优化索引，移除无用或低效索引
结合 EXPLAIN 工具不断调整和改进索引策略
记住，没有放之四海而皆准的索引方案，最佳实践是根据具体业务场景进行设计，并通过持续监控和优化来保持数据库的高性能。
希望本文能帮助你建立对 MySQL 索引的系统认知，在实际项目中设计出更高效的数据库结构。如果你有任何索引优化的经验或疑问，欢迎在评论区分享讨论！