📚 目录

  1. 什么是索引？
  2. 索引的分类
  3. B+树结构详解
  4. MySQL 为什么使用 B+树而不是 B 树？
  5. 聚簇索引 vs 非聚簇索引
  6. 覆盖索引、最左前缀原则
  7. 索引失效的常见原因
  8. 索引优化建议
  9. 图解演示 B+树查找过程

1. ✅ 什么是索引？

索引是用于加速数据查询的数据结构，类似于书籍的目录。它能在大量数据中快速定位所需的记录，显著提高 SELECT 查询效率。

通俗比喻：

  • 没有索引：全表扫描，就像翻书每一页找人名；
  • 有索引：看目录直接跳页，定位迅速。

2. 📂 索引的分类（MySQL InnoDB）

索引类型说明
主键索引聚簇索引，按主键排序存储数据
普通索引非唯一索引，可以有重复值
唯一索引索引列必须唯一，允许 NULL
组合索引多列联合创建的索引，遵循最左前缀原则
覆盖索引查询字段只在索引中即可完成，无需回表
全文索引对文本字段进行全文匹配搜索（MyISAM 支持）

3. 🌳 B+树结构详解

MySQL（InnoDB）使用 B+树（BPlus Tree） 作为默认索引结构。

🧱 结构特性

  • 所有数据都存储在叶子节点；
  • 叶子节点之间通过双向链表连接，便于范围查找；
  • 非叶子节点仅存储键值和指向子节点的指针；
  • 每个节点可以存储多个键，减少树的高度；

🧠 时间复杂度

查找效率为 O(logm N)，其中 m 为节点的分支因子（高扇出性带来低高度）。

🖼️ B+树结构图（示意）

        [10 | 20 | 30]
       /     |     \
    ...     ...    ...
   [5,7,9] [12,18] [21,27,29]  <- 叶子节点存储数据
  • 所有的 key 都出现在叶子节点；
  • 中间节点只用于索引定位；
  • 叶子节点顺序排列，便于区间扫描。

4. ❓ 为什么使用 B+树而不是 B 树？

特性B 树B+ 树（MySQL 使用）
数据存储位置所有节点都存储数据只在叶子节点存储数据
查找效率所有节点都有数据，路径不统一路径统一，便于磁盘页缓存命中
范围查询不方便叶子节点链表连接，范围查询优秀
I/O 访问次数多少，适合磁盘块预读
实际使用情况较少MySQL InnoDB、Oracle 使用

5. 🧩 聚簇索引 vs 非聚簇索引

✅ 聚簇索引（Clustered Index）

  • 主键索引，叶子节点存储整行数据；
  • 表数据与索引结构合并在一起；
  • 一个表只能有一个聚簇索引（主键或唯一非空索引）；

🔁 非聚簇索引（Secondary Index）

  • 叶子节点存储主键值而非完整行；
  • 查询时需通过回表操作找到真正数据行；
  • 可有多个非聚簇索引。

6. 📌 覆盖索引、最左前缀原则

覆盖索引（Covering Index）

如果一个查询中所需的字段都能从索引中获取，就不会回表，大大提高查询效率。

-- 假设已建立索引 idx_name_age(name, age)
SELECT name FROM user WHERE name = 'Tom'; -- 覆盖索引

最左前缀原则（重要）

组合索引只能命中最左连续字段：

INDEX(name, age, gender)

WHERE name = ?                -- 命中 ✅  
WHERE name = ? AND age = ?    -- 命中 ✅  
WHERE age = ?                 -- 不命中 ❌  
WHERE name LIKE 'T%'          -- 命中 ✅  
WHERE name LIKE '%T'          -- 不命中 ❌

7. ⚠️ 索引失效的常见原因

情况是否索引生效
OR 查询中部分列无索引❌
索引列参与函数/表达式❌
% 通配符在前的模糊匹配❌
隐式类型转换（int = ‘123abc’）❌
使用 != 或 <>❌
使用 IS NULL / IS NOT NULL✅/❌ 视情况

8. 📈 索引优化建议

  • 优先使用 高区分度列建索引（选择性高）；
  • 使用覆盖索引避免回表；
  • 多条件查询时遵循最左前缀原则；
  • 避免对索引列使用函数、表达式、类型不一致等；
  • 控制组合索引的列数，避免冗余；
  • 利用 EXPLAIN 分析 SQL 是否使用索引。

9. 🔍 图解查找过程（以 name 索引查找为例）

查询 name = 'Tom'
↓
B+树根节点
  ↓二分查找找到区间
    ↓顺着指针进入下一层子节点
      ↓直到叶子节点
        → 精确匹配 name = 'Tom'
          → 读取整行（聚簇）或回表读取（非聚簇）

📘 推荐阅读与工具

如你需要我继续写一篇关于：

  • 🔁 Hash索引 VS B+树索引性能比较；
  • ✅ 多字段联合索引的设计实践；
  • 📊 EXPLAIN 分析 SQL 查询优化；

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