阿里面試：2 億資料秒查，MySQL 索引為什麼那麼快？

來源：mikechen的網際網路架構

最近有同學參加阿里面試時，被問到了這道題目。

2 億條資料實現秒查，MySQL 索引為什麼那麼快？

在 2 億條資料中，查詢一條資料：

• 不使用索引：耗時約 200 萬秒，逐行查詢，全表遍歷；

  
  

• 使用索引：耗時 1 秒不到，快速定位資料行，加快查詢速度。

MySQL 索引是資料庫效能最佳化的關鍵，它可以提高資料庫的查詢效率，資料量越大，這種優勢就越明顯。

大家好，我是 mikechen，本文主要介紹 MySQL 索引。先來簡單回顧下索引的概念。

索引是儲存引擎用於快速查詢記錄的一種資料結構，透過規則的資料結構和實際目標關聯，根據特定規則演算法，快速實現定址的功能。

索引類似於手機通訊錄的首字母檢索。

當我們想要查詢某個人的電話號碼時，是依據聯絡人姓名的首字母查詢，從而找到其電話號碼的。

試想下，如果手機通訊錄沒有首字母檢索，就需要逐一查詢，有 10000 個聯絡人，就 GG 了......

為了便於理解，下面透過具體例子，來了解索引的使用原理。

假設：

有一個使用者表，需要查詢 ID 為【 4 、趙六】的資料。

select*from User where ID=4

我們先來看看，在不使用索引的情況下，資料庫是如何查詢資料的。

1）不使用索引

不使用索引，資料庫預設是全文搜尋查詢，採用的是全表掃描。

即：先遍歷所有的頁面，再遍歷頁面中的記錄，逐條記錄比對，最後找到需要查詢的記錄。

在大資料量中查詢資料時，就會消耗大量的時間和資源。

不使用索引，資料庫查詢資料的過程：

如圖，經過順序查詢、進行 5 次定址，查詢到了 ID 為【 4 、趙六】的資料。

按照這個方法，我們來計算下，如果要在 2 億條資料中，查詢指定的某條資料，需要使用多長時間？

時間複雜度是 O(N)，N 是指總的記錄條數。

MySQL 資料是寫在磁碟上的，一次磁碟定址所需要的時間是 10 ms。

2 億條資料，執行一次查詢耗時 20 億毫秒，即 200 萬秒。

也就是說，不使用索引，在 2 億條資料中查詢某一條資料，需要使用約 23 天。差不多小 1 個月，查詢效率太低。

如果我們使用索引，查詢效率會有多大的改善呢？我們接著往下看。

2）使用索引

使用索引，資料庫查詢資料的過程：

如圖，使用平衡二叉樹索引，只用 3 次就完成了資料查詢。

一個簡單的索引實現，我們把所有的資料排序，透過二分查詢的方式來查詢，查詢的時間複雜度是 O(logN)。

2 億條資料中查詢一條資料，只需要 40 多次查詢，耗時小於 1 秒。

顯然，在使用索引後，查詢效率顯著提高。且資料量越大，索引的這種優勢就越明顯。

• 提高查詢效率：透過快速定位資料行，加快查詢操作的執行速度；

  
  

• 最佳化排序：在排序操作中，減少資料的掃描和比較次數，提高排序效率；

  
  

• 保證資料的唯一性：唯一索引可以確保特定列上的資料唯一性，防止重複值的插入；

  
  

• 提供約束：透過主鍵和唯一索引，可以對資料的完整性和唯一性進行約束。

索引最主要的優點是提高查詢效率，但同時也會帶來一些效能和儲存方面的開銷。

索引的主要優點：

• 索引極大減少了伺服器需要掃描的資料量，提高了資料的檢索速度；

  
  

• 可以幫助伺服器避免排序和建立臨時表；

  
  

• 可以將隨機 IO 變成順序 IO；

  
  

• 透過建立唯一性索引，可以保證資料庫表中每一行資料的唯一性；

  
  

• 在使用分組和排序子句進行資料檢索時，可以顯著減少查詢中分組和排序的時間。

  
  

索引的主要缺點：

• 建立索引和維護索引需要耗費時間，這種時間隨著資料量的增加而增加；

  
  

• 需要佔用物理空間；

  
  

• 對錶中的資料進行增、刪、改時，索引也要動態的維護，增加了維護成本。

透過本文，我們瞭解並掌握了索引的概念、作用、原理及優缺點。這部分內容既是精進 MySQL 的基石，也是 MySQL 面試的高頻知識點，非常重要。