本文章为 MySQL 学习笔记,参考极客时间《MySQL实战45讲》

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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