本章的内容完全基于上文的理论基础，实际上一旦理解了索引背后的机制，那么选择高性能的策略就变成了纯粹的推理，并且可以理解这些策略背后的逻辑 。
示例数据库
为了讨论索引策略，需要一个数据量不算小的数据库作为示例 。本文选用MySQL官方文档中提供的示例数据库之一：employees 。这个数据库关系复杂度适中，且数据量较大 。下图是这个数据库的E-R关系图(引用自MySQL官方手册)：
图12
MySQL官方文档中关于此数据库的页面为http://dev.mysql.com/doc/employee/en/employee.html 。里面详细介绍了此数据库，并提供了下载地址和导入方法，如果有兴趣导入此数据库到自己的MySQL可以参考文中内容 。
最左前缀原理与相关优化
高效使用索引的首要条件是知道什么样的查询会使用到索引，这个问题和B+Tree中的“最左前缀原理”有关，下面通过例子说明最左前缀原理 。
这里先说一下联合索引的概念 。在上文中，我们都是假设索引只引用了单个的列，实际上，MySQL中的索引可以以一定顺序引用多个列，这种索引叫做联合索引，一般的，一个联合索引是一个有序元组，其中各个元素均为数据表的一列，实际上要严格定义索引需要用到关系代数，但是这里我不想讨论太多关系代数的话题，因为那样会显得很枯燥，所以这里就不再做严格定义 。另外，单列索引可以看成联合索引元素数为1的特例 。
以employees.titles表为例，下面先查看其上都有哪些索引：
SHOW INDEX FROM employees.titles;
+--------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+------+------------+
| Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Null | Index_type |
+--------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+------+------------+
| titles | 0 | PRIMARY | 1 | emp_no | A | NULL | | BTREE |
| titles | 0 | PRIMARY | 2 | title | A | NULL | | BTREE |
| titles | 0 | PRIMARY | 3 | from_date | A | 443308 | | BTREE |
| titles | 1 | emp_no | 1 | emp_no | A | 443308 | | BTREE |
+--------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+------+------------+
从结果中可以到titles表的主索引为，还有一个辅助索引 。为了避免多个索引使事情变复杂(MySQL的SQL优化器在多索引时行为比较复杂)，这里我们将辅助索引drop掉：
ALTER TABLE employees.titles DROP INDEX emp_no;
这样就可以专心分析索引PRIMARY的行为了 。
情况一：全列匹配 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001 AND title=Senior Engineer AND from_date=1986-06-26;
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
| 1 | SIMPLE | titles | const | PRIMARY | PRIMARY | 59 | const,const,const | 1 | |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
很明显，当按照索引中所有列进行精确匹配(这里精确匹配指“=”或“IN”匹配)时，索引可以被用到 。这里有一点需要注意，理论上索引对顺序是敏感的，但 是由于MySQL的查询优化器会自动调整where子句的条件顺序以使用适合的索引，例如我们将where中的条件顺序颠倒：
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE from_date=1986-06-26 AND emp_no=10001 AND title=Senior Engineer;
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
| 1 | SIMPLE | titles | const | PRIMARY | PRIMARY | 59 | const,const,const | 1 | |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+-------------------+------+-------+
效果是一样的 。
情况二：最左前缀匹配 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001;
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+
| 1 | SIMPLE | titles | ref | PRIMARY | PRIMARY | 4 | const | 1 | |
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------+
当查询条件精确匹配索引的左边连续一个或几个列时，如或，所以可以被用到，但是只能用到一部分，即条件所组成的最左前缀 。上面的查询从分析结果看用到了PRIMARY索引，但是 key_len为4，说明只用到了索引的第一列前缀 。
情况三：查询条件用到了索引中列的精确匹配，但是中间某个条件未提供 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001 AND from_date=1986-06-26;
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | ref | PRIMARY | PRIMARY | 4 | const | 1 | Using where |
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
此时索引使用情况和情况二相同，因为title未提供，所以查询只用到了索引的第一列，而后面的from_date虽然也在索引中，但是由于 title不存在而无法和左前缀连接，因此需要对结果进行扫描过滤from_date(这里由于emp_no唯一，所以不存在扫描) 。如果想让 from_date也使用索引而不是where过滤，可以增加一个辅助索引，此时上面的查询会使用这个索引 。除此之外，还可以使用一种称之为“隔离列”的优化方法，将emp_no与from_date 之间的“坑”填上 。
首先我们看下title一共有几种不同的值：
SELECT DISTINCT(title) FROM employees.titles;
+--------------------+
| title |
+--------------------+
| Senior Engineer |
| Staff |
| Engineer |
| Senior Staff |
| Assistant Engineer |
| Technique Leader |
| Manager |
+--------------------+
只有7种 。在这种成为“坑”的列值比较少的情况下，可以考虑用“IN”来填补这个“坑”从而形成最左前缀：
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles
WHERE emp_no=10001
AND title IN (Senior Engineer, Staff, Engineer, Senior Staff, Assistant Engineer, Technique Leader, Manager)
AND from_date=1986-06-26;
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | range | PRIMARY | PRIMARY | 59 | NULL | 7 | Using where |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
这次key_len为59，说明索引被用全了，但是从type和rows看出IN实际上执行了一个range查询，这里检查了7个key 。看下两种查询的性能比较：
SHOW PROFILES;
+----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+
| Query_ID | Duration | Query |
+----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+
| 10 | 0.00058000 | SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001 AND from_date=1986-06-26|
| 11 | 0.00052500 | SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001 AND title IN ... |
+----------+------------+-------------------------------------------------------------------------------+
“填坑”后性能提升了一点 。如果经过emp_no筛选后余下很多数据，则后者性能优势会更加明显 。当然，如果title的值很多，用填坑就不合适了，必须建立辅助索引 。
情况四：查询条件没有指定索引第一列 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE from_date=1986-06-26;
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | ALL | NULL | NULL | NULL | NULL | 443308 | Using where |
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
由于不是最左前缀，索引这样的查询显然用不到索引 。
情况五：匹配某列的前缀字符串 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001 AND title LIKE Senior%;
view sourceprint?
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | range | PRIMARY | PRIMARY | 56 | NULL | 1 | Using where |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
此时可以用到索引，但是如果通配符不是只出现在末尾，则无法使用索引 。
情况六：范围查询 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no<10010 and title=Senior Engineer;
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | range | PRIMARY | PRIMARY | 4 | NULL | 16 | Using where |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
范围列可以用到索引(必须是最左前缀)，但是范围列后面的列无法用到索引 。同时，索引最多用于一个范围列，因此如果查询条件中有两个范围列则无法全用到索引 。
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles
WHERE emp_no<10010
AND title=Senior Engineer
AND from_date BETWEEN 1986-01-01 AND 1986-12-31;
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | range | PRIMARY | PRIMARY | 4 | NULL | 16 | Using where |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
可以看到索引对第二个范围索引无能为力 。这里特别要说明MySQL一个有意思的地方，那就是仅用explain可能无法区分范围索引和多值匹配，因为在type中这两者都显示为range 。同时，用了“between”并不意味着就是范围查询，例如下面的查询：
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles
WHERE emp_no BETWEEN 10001 AND 10010
AND title=Senior Engineer
AND from_date BETWEEN 1986-01-01 AND 1986-12-31;
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | range | PRIMARY | PRIMARY | 59 | NULL | 16 | Using where |
+----+-------------+--------+-------+---------------+---------+---------+------+------+-------------+
看起来是用了两个范围查询，但作用于emp_no上的“BETWEEN”实际上相当于“IN”，也就是说emp_no实际是多值精确匹配 。可以看到这个查询用到了索引全部三个列 。因此在MySQL中要谨慎地区分多值匹配和范围匹配，否则会对MySQL的行为产生困惑 。
情况七：查询条件中含有函数或表达式 。
很不幸，如果查询条件中含有函数或表达式，则MySQL不会为这列使用索引(虽然某些在数学意义上可以使用) 。例如：
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no=10001 AND left(title, 6)=Senior;
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | ref | PRIMARY | PRIMARY | 4 | const | 1 | Using where |
+----+-------------+--------+------+---------------+---------+---------+-------+------+-------------+
虽然这个查询和情况五中功能相同，但是由于使用了函数left，则无法为title列应用索引，而情况五中用LIKE则可以 。再如：
EXPLAIN SELECT * FROM employees.titles WHERE emp_no - 1=10000;
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| 1 | SIMPLE | titles | ALL | NULL | NULL | NULL | NULL | 443308 | Using where |
+----+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
显然这个查询等价于查询emp_no为10001的函数，但是由于查询条件是一个表达式，MySQL无法为其使用索引 。看来MySQL还没有智能到自动优化常量表达式的程度，因此在写查询语句时尽量避免表达式出现在查询中，而是先手工私下代数运算，转换为无表达式的查询语句 。
索引选择性与前缀索引
既然索引可以加快查询速度，那么是不是只要是查询语句需要，就建上索引?答案是否定的 。因为索引虽然加快了查询速度，但索引也是有代价的：索引文件本身要消耗存储空间，同时索引会加重插入、删除和修改记录时的负担，另外，MySQL在运行时也要消耗资源维护索引，因此索引并不是越多越好 。一般两种情况下不建议建索引 。
第一种情况是表记录比较少，例如一两千条甚至只有几百条记录的表，没必要建索引，让查询做全表扫描就好了 。至于多少条记录才算多，这个个人有个人的看法，我个人的经验是以2000作为分界线，记录数不超过 2000可以考虑不建索引，超过2000条可以酌情考虑索引 。
另一种不建议建索引的情况是索引的选择性较低 。所谓索引的选择性(Selectivity)，是指不重复的索引值(也叫基数，Cardinality)与表记录数(#T)的比值：
Index Selectivity = Cardinality / #T
显然选择性的取值范围为(0, 1]，选择性越高的索引价值越大，这是由B+Tree的性质决定的 。例如，上文用到的employees.titles表，如果title字段经常被单独查询，是否需要建索引，我们看一下它的选择性：
SELECT count(DISTINCT(title))/count(*) AS Selectivity FROM employees.titles;
+-------------+
| Selectivity |
+-------------+
| 0.0000 |
+-------------+
title的选择性不足0.0001(精确值为0.00001579)，所以实在没有什么必要为其单独建索引 。
有一种与索引选择性有关的索引优化策略叫做前缀索引，就是用列的前缀代替整个列作为索引key，当前缀长度合适时，可以做到既使得前缀索引的选择性 接近全列索引，同时因为索引key变短而减少了索引文件的大小和维护开销 。下面以employees.employees表为例介绍前缀索引的选择和使 用 。
从图12可以看到employees表只有一个索引，那么如果我们想按名字搜索一个人，就只能全表扫描了：
EXPLAIN SELECT * FROM employees.employees WHERE first_name=Eric AND last_name=Anido;
+----+-------------+-----------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+-----------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
| 1 | SIMPLE | employees | ALL | NULL | NULL | NULL | NULL | 300024 | Using where |
+----+-------------+-----------+------+---------------+------+---------+------+--------+-------------+
如果频繁按名字搜索员工，这样显然效率很低，因此我们可以考虑建索引 。有两种选择，建或，看下两个索引的选择性：
SELECT count(DISTINCT(first_name))/count(*) AS Selectivity FROM employees.employees;
+-------------+
| Selectivity |
+-------------+
| 0.0042 |
+-------------+
SELECT count(DISTINCT(concat(first_name, last_name)))/count(*) AS Selectivity FROM employees.employees;
+-------------+
| Selectivity |
+-------------+
| 0.9313 |
+-------------+
<first_name>显然选择性太低，<first_name, last_name>选择性很好，但是first_name和last_name加起来长度为30，有没有兼顾长度和选择性的办法？可以考虑用 first_name和last_name的前几个字符建立索引，例如<first_name, left(last_name, 3)>，看看其选择性：
SELECT count(DISTINCT(concat(first_name, left(last_name, 3))))/count(*) AS Selectivity FROM employees.employees;
+-------------+
| Selectivity |
+-------------+
| 0.7879 |
+-------------+
选择性还不错，但离0.9313还是有点距离，那么把last_name前缀加到4：
SELECT count(DISTINCT(concat(first_name, left(last_name, 4))))/count(*) AS Selectivity FROM employees.employees;
+-------------+
| Selectivity |
+-------------+
| 0.9007 |
+-------------+
这时选择性已经很理想了，而这个索引的长度只有18，比短了接近一半，我们把这个前缀索引<first_name, last_name>建上：
ALTER TABLE employees.employees
ADD INDEX `first_name_last_name4` (first_name, last_name(4));
此时再执行一遍按名字查询，比较分析一下与建索引前的结果：
SHOW PROFILES;
+----------+------------+---------------------------------------------------------------------------------+
| Query_ID | Duration | Query |
+----------+------------+---------------------------------------------------------------------------------+
| 87 | 0.11941700 | SELECT * FROM employees.employees WHERE first_name=Eric AND last_name=Anido |
| 90 | 0.00092400 | SELECT * FROM employees.employees WHERE first_name=Eric AND last_name=Anido |
+----------+------------+---------------------------------------------------------------------------------+
性能的提升是显著的，查询速度提高了120多倍 。
前缀索引兼顾索引大小和查询速度，但是其缺点是不能用于ORDER BY和GROUP BY操作，也不能用于Covering index(即当索引本身包含查询所需全部数据时，不再访问数据文件本身) 。
InnoDB的主键选择与插入优化
在使用InnoDB存储引擎时，如果没有特别的需要，请永远使用一个与业务无关的自增字段作为主键 。
经常看到有帖子或博客讨论主键选择问题，有人建议使用业务无关的自增主键，有人觉得没有必要，完全可以使用如学号或身份证号这种唯一字段作为主键 。不论支持哪种论点，大多数论据都是业务层面的 。如果从数据库索引优化角度看，使用InnoDB引擎而不使用自增主键绝对是一个糟糕的主意 。
上文讨论过InnoDB的索引实现，InnoDB使用聚集索引，数据记录本身被存于主索引(一颗B+Tree)的叶子节点上 。这就要求同一个叶子节点内(大小为一个内存页或磁盘页)的各条数据记录按主键顺序存放，因此每当有一条新的记录插入时，MySQL会根据其主键将其插入适当的节点和位置，如果页面达到装载因子(InnoDB默认为15/16)，则开辟一个新的页(节点) 。
如果表使用自增主键，那么每次插入新的记录，记录就会顺序添加到当前索引节点的后续位置，当一页写满，就会自动开辟一个新的页 。如下图所示：
图13
这样就会形成一个紧凑的索引结构，近似顺序填满 。由于每次插入时也不需要移动已有数据，因此效率很高，也不会增加很多开销在维护索引上 。
如果使用非自增主键(如果身份证号或学号等)，由于每次插入主键的值近似于随机，因此每次新纪录都要被插到现有索引页得中间某个位置：
图14
此时MySQL不得不为了将新记录插到合适位置而移动数据，甚至目标页面可能已经被回写到磁盘上而从缓存中清掉，此时又要从磁盘上读回来，这增加了很多开销，同时频繁的移动、分页操作造成了大量的碎片，得到了不够紧凑的索引结构，后续不得不通过OPTIMIZE TABLE来重建表并优化填充页面 。
因此，只要可以，请尽量在InnoDB上采用自增字段做主键 。
