注：本文图来自高性能MYSQL 第三版.

1.Mysql服务器架构

Mysql服务器的逻辑架构图如下：

 

第一层：连接处理、授权认证和安全等；

第二层：mysql大多数核心功能都在这一层，如：查询解析、分析、优化、缓存以及所有的内置函数（如：日期、时间、数学和加密函数），所有跨存储引擎的功能都在这一层实现：存储过程、触发器、视图等。

第三层：包含了存储引擎。存储引擎负责Mysql中数据的存储和提取，每个存储引擎都有自己的优势和劣势，服务器通过API和存储引擎进行通信。 常见的存储引擎有： InnoDB、MyISM、Memory。

• InnoDB引擎：它是Mysql默认的事务型引擎，除非有非常特别的原因需要使用其他的存储引擎，否则应该优先考虑使用InnoDB引擎。InnoDB将每个表中的数据和索引存放在一个单独的文件当中。优点：1）采用了多版本并发控制（MVCC）来支持高并发、实现了四个标准的隔离级别，默认repeatable read（可重复读），且通过间隙锁（next-key locking）策略防止幻读的出现； 2）InnoDB表基予聚簇索引建立，聚簇索引对主键查询有很高的性能，但它的二级索引包含了主键，如果主键列很大的话，其他的索引都会很大；3）InnoDB的存储格式是平*立的，可以将数据和索引文件从Intel平台迁移到其他平台上；4）InnoDB内部做了很多的优化，包括从磁盘读取数据时采用的可预测性预读，能够自动在内存中创建hash索引以加速读操作的自适应哈希索引，以及能够加速插入操作的插入缓冲区（Insert buffer）。

 

• MyISAM引擎：在Mysql 5.1版本之前，它是msyql默认的存储引擎。它将表存储在两个文件当中：数据文件（.MYD）和索引文件（.MYI）； 提供了大量的特性：全文索引、压缩、空间函数；但是不支持事务和行级锁，崩溃后无法恢复。它最典型性能的问题是表锁问题，对整张表加锁，读取数据对表加共享锁，写入数据对表加排它锁。

 

• Memory引擎：特性：1）数据存储在内存中，且这些数据不被修改，不需要IO操作，所以可快速访问数据，但也因此重启后数据会丢失，但Memory表结构还存在。2）支持Hash索引，查找非常快，但由于Memory表是表级锁，并发插入性能较低。3）不支持BLOB或TEXT类型的列，并且每行的长度是固定的，导致部分内存浪费；4）mysql执行查询过程中需要使用的临时表来保存中间结果，内部使用的是临时表就是Memory表。如果中间结果超出了Memory表的限制，或者含有BLOB或TEXT类型字段，则临时表会转化为MyISAM表。

使用场景：

• 用于查找或者映射表，如将邮编和州名映射的表；
• 用于缓存周期性聚合数据的结果；
• 用于保存数据分析中产生的中间数据；

 

2.索引

含义：索引是帮助MySQL的存储引擎高效地获取数据排好序的数据结构。它存储在文件当中，一般使用B-Tree来存储。在Mysql中索引是在存储引擎层而不是在服务器层实现的。所以，并没有统一的索引标准：不同的存储引擎的索引工作的方式并不一样，也不是所有的存储引擎都支持所有类型的索引。即使多个存储引擎支持同一种类型的索引，其底层实现也可能不同。

索引结构也可以使用：二叉树、红黑树、HASH、BTREE来存储，但一般只用HASH和BTREE。二叉树存在问题在于：当数据有序的时候，导致查找的性能退化为O(n)；红黑树的问题在于每个父节点只能有两个子节点，那么当数据量大的时候，树的深度较大，查找的性能不如BTREE。

2.1 B-Tree索引

         存储引擎以不同的方式使用B-Tree索引，性能各异。MyISAM使用前缀压缩技术使得索引更小，但InnoDB按照原数据格式进行存储。

B-Tree结构：

1. 度（Degree）-节点的数据存储个数；叶节点具有相同的深度；
2. 叶节点指针为空；
3. 节点中的数据key从左到右递增排列；

 

B+Tree结构：（B-Tree变种）

1. 非叶子节点不存储data。通常来说，一个节点的大小等于内存中一页大小，如4K，为了在一个节点中存放更多的key，降低树的深度增大度，提高查找性能，所以节点中并没有存储数据。
2. 叶子结点不存储指针；
3. 顺序访问指针，提高区间访问的性能；

 

B+Tree索引的性能分析：

1. 一般使用磁盘I/O次数评价索引结构的优劣；
2. 预读，磁盘一般会顺序向后读取一定长度数据（页的整数倍）放入内存；
3. 程序局部性原理：当一个数据被用到时，其附近的数据也通常会马上被使用；
4. B+Tree节点的大小被设置为一个页，每次新建节点直接申请一个页的空间，这样就可以保证一个节点物理上也存储在一个页里，就实现了一个节点的载入只需要一次I/O；
5. B+Tree的度d一般会超过100，所以h非常小（一般为3-5之间）。

 

           

 

 

可以使用B-Tree索引查询类型，适用于：全键值、键值范围或键前缀查找，其中键前缀查找只适用于根据最左前缀的查找。它对如下类型的查找有效：

1. 全值匹配：指和索引中的所有列匹配；
2. 匹配最左前缀；
3. 匹配列前缀：可以匹配某一列值的开头部分；
4. 匹配范围值；
5. 精确匹配某一列并范围匹配另一列；
6. 只访问索引的查询（覆盖索引）；

 

B-Tree限制：

1. 如果不是按照索引的的最左列开始查找，则无法使用索引；
2. 不能跳过索引中的列；
3. 如果查询中有某个列的范围查找，则其右边所有的列都无法使用索引优化查找；

这些限制并不是B-Tree本身导致，而是Mysql优化器和存储引擎使用索引的方式导致的，这一部分限制可能在未来版本就不是限制了。

 

InnoDB索引实现了B+Tree索引：

1. 数据文件本身就是索引文件；
2. 表数据文件本身就是按照B+Tree组织的一个索引文件；
3. 聚簇索引----叶子结点包含了完整的数据记录；
4. InnoDB表必须要有主键，并且推荐使用整型的自增型主键；（MyISAM可以没有）如果没有显示指定，则Mysql系统会隐式生成一个可以唯一标识数据记录的，字段长度为6个字节的，类型为长整型的主键；
5. 索引如果是字符串，则使用ASCII码作为比较准则；
6. InnoDB的辅助索引（二级索引）data域存储的是相应记录主键值而不是地址，便于维护与数据的一致性；
7. 为什么不建议使用过长的字段作为主键索引：因为所有的辅助索引都引用了主键索引，过长的主键索引会令辅助索引变得过大；
8. 建议使用单调的字段作为主键索引，这是因为，随机的主键索引在插入新纪录时会引起节点的分裂和合并，甚至如果目标也已经刷回磁盘，还得从磁盘上加载到内存中，效率十分低效。

 

 

2.2 哈希索引

哈希索引基于哈希表实现。对于每一行数据，存储引擎都会对所有的索引列计算一个哈希码。哈希码存储在索引中，同时在哈希表中保存指向每个数据行的指针。在Mysql中只有Memory引擎显示指定哈希索引，也是Memory引擎默认的索引类型，但Memory同时也支持BTree索引。如果多个列的哈希值相同，那么索引列会以链表的方式存放多个记录指针到同一个哈希条目中。

 

限制：

1. 哈希索引只包含哈希值和指针，不包含数据；
2. 哈希索引不是按照索引值排序存储的，无法用于排序；
3. 不支持部分索引列匹配查找，因为哈希索引是使用索引列计算哈希值；
4. 只支持等值比较，包括：=、IN()、ó；也不支持任何范围查询；
5. 当有哈希冲突的时候，要遍历链表中所有的指针行，直到找到符合的记录；
6. 哈希冲突很多的话，一些索引的维护操作代价也会很高；如果在某一选择性很低的列上建立哈希索引，那么当删除某一行时，存储引擎需要遍历对应哈希值的链表中的每一行，直到找到符合的记录，才能将其删掉；

虽然哈希索引非常快，但正时因为这些限制，导致哈希索引只适合用于某些特定的场合。

 

 

2.3 索引优点

索引可以让服务器快速定位到表的指定位置。根据创建索引的结构的不同，索引也有其他附加功能，如BTREE索引，有排序功能。

   常见的Btree索引，数据有序，所以mysql可以用来做order by和group by操作。总结下来索引与如下三个优点：

1. 索引大大减少服务器需要扫描的数据量；
2. 索引可以帮助服务器避免排序和临时表；
3. 索引可以将随机IO变为顺序IO。