前言

在前面的基础篇文章中,介绍过索引的基本概念。今天我们就继续来谈谈,在不同的业务场景下,应该选择普通索引,还是唯一索引?

简单起见,使用第4篇文章的例子来说,假设,我们有一个主键列为ID的表,表中有字段k,并且在k上有索引。

这个表的建表语句是:

mysql> create table T(
id int primary key, 
k int not null, 
name varchar(16),
index (k))engine=InnoDB;

表中R1~R5的(ID,k)值分别为(100,1)、(200,2)、(300,3)、(500,5)和(600,6),两棵树的示例示意图如下。

接下来,我们就从这两种索引对查询语句和更新语句的性能影响来进行分析。

一、查询过程

假设,执行查询的语句是 select id from T where k=5。这个查询语句在索引树上查找的过程,先是通过B+树从树根开始,按层搜索到叶子节点,也就是图中右下角的这个数据页,然后可以认为数据页内部通过二分法来定位记录。

  • 对于普通索引来说,查找到满足条件的第一个记录(5,500)后,需要查找下一个记录,直到碰到第一个不满足k=5条件的记录。
  • 对于唯一索引来说,由于索引定义了唯一性,查找到第一个满足条件的记录后,就会停止继续检索。

那么,这个不同带来的性能差距会有多少呢?答案是,微乎其微。因为引擎是按页读写的,所以说,当找到k=5的记录的时候,它所在的数据页就都在内存里了。那么,对于普通索引来说,要多做的那一次“查找和判断下一条记录”的操作,就只需要一次指针寻找和一次计算。所以,我们计算平均性能差异时,仍可以认为这个操作成本对于现在的CPU来说可以忽略不计。

二、更新过程

先来介绍一下change buffer。当需要更新一个数据页时,如果数据页在内存中就直接更新,而如果这个数据页还没有在内存中的话,在不影响数据一致性的前提下,InooDB会将这些更新操作缓存在change buffer中,这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。在下次查询需要访问这个数据页的时候,将数据页读入内存,然后执行change buffer中与这个页有关的操作。通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性。并且change buffer是持久化的,在内存中有拷贝,也会被写入到磁盘上。

将change buffer中的操作应用到原数据页,得到最新结果的过程称为merge。除了访问这个数据页会触发merge外,系统有后台线程会定期merge。在数据库正常关闭(shutdown)的过程中,也会执行merge操作。显然,如果能够将更新操作先记录在change buffer,减少读磁盘,语句的执行速度会得到明显的提升。而且,数据读入内存是需要占用buffer pool的,所以这种方式还能够避免占用内存,提高内存利用率。

但是只有索引才能使用,唯一索引需要将数据页读入内存判断这个操作是否违反唯一性约束,因此唯一索引不能使用change buffer

理解了change buffer的机制,那么我们再一起来看看如果要在这张表中插入一个新记录(4,400)的话,InnoDB的处理流程是怎样的。

第一种情况是,这个记录要更新的目标页在内存中,这种情况下,性能差距对于CPU来说可以忽略不计。这时,InnoDB的处理流程如下:

  • 对于唯一索引来说,找到3和5之间的位置,判断到没有冲突,插入这个值,语句执行结束;
  • 对于普通索引来说,找到3和5之间的位置,插入这个值,语句执行结束。

第二种情况是,这个记录要更新的目标页不在内存中。这时,InnoDB的处理流程如下:

  • 对于唯一索引来说,需要将数据页读入内存,判断到没有冲突,插入这个值,语句执行结束;
  • 对于普通索引来说,则是将更新记录在change buffer,语句执行就结束了。

将数据从磁盘读入内存涉及随机IO的访问,是数据库里面成本最高的操作之一。change buffer因为减少了随机磁盘访问,所以对更新性能的提升是会很明显的。

三、change buffer的使用场景

通过上面的分析,你已经清楚了使用change buffer对更新过程的加速作用。因此,对于写多读少的业务来说,页面在写完以后马上被访问到的概率比较小,此时change buffer的使用效果最好。这种业务模型常见的就是账单类、日志类的系统。

反过来,假设一个业务的更新模式是写入之后马上会做查询,那么即使满足了条件,将更新先记录在change buffer,但之后由于马上要访问这个数据页,会立即触发merge过程。这样随机访问IO的次数不会减少,反而增加了change buffer的维护代价。所以,对于这种业务模式来说,change buffer反而起到了副作用。

四、索引选择和实践

回到我们文章开头的问题,普通索引和唯一索引应该怎么选择。其实,这两类索引在查询能力上是没差别的,主要考虑的是对更新性能的影响。所以,建议尽量选择普通索引。

如果所有的更新后面,都马上伴随着对这个记录的查询,那么你应该关闭change buffer。而在其他情况下,change buffer都能提升更新性能。

简单对比一下redo log和change buffer,redo log 主要节省的是随机写磁盘的IO消耗(转成顺序写),而change buffer主要节省的则是随机读磁盘的IO消耗。


标题:(9)普通索引和唯一索引,应该怎么选择——MySQL学习笔记
作者:AlgerFan
地址:https://www.algerfan.cn/articles/2019/08/08/1565236435226.html
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