数据库——索引

一、索引

1、缓冲池、读取

1. 缓冲池：基于硬盘的数据库系统一般都有缓冲池，即一块内存区域。对于缓冲池的维护一般采用最近最少（LRU）算法。 读取时，首先判断是否在缓冲池中，在的话直接读取缓冲池中的页。 写入时，数据库将页读入缓冲池，然后在缓冲池中对页进行修改，一般异步的写入磁盘中。
2. 顺序读取与随机读取：顺序读取指顺序读取磁盘上的页。随机读取即读取磁盘页并不连续，需要磁头不停移动。（这里的顺序指的是逻辑顺序，物理上不一定连续）数据库一般根据区来管理页，在InnoDB存储引擎中一个区是连续的64个页。

2、B树与B+树

顺手把平衡二叉树和红黑树也记录下。

(1) 平衡二叉树操作：

1. 左-左型：做右旋。左孩子做父节点，父节点做左孩子的右孩子。
2. 右-右型：做左旋。右孩子做父节点，父节点做右孩子的左孩子。
3. 左-右型：先把左孩子左旋，变成左-左型，再做右旋。
4. 右-左型：先把右孩子右旋，变成右-右型，再做左旋。

红黑树 ：即Java中的TreeMap，一种近似平衡的二叉查找树，相比平衡二叉树可以在修改时减少旋转次数。另外在jdk1.8后，HashMap用链表变红黑树来解决过多（默认是8）的Hash冲突。

1. 根节点是黑色。
2. 节点是红色或黑色。
3. 每个红色节点的两个子节点都是黑色。(不能有两个连续的红色节点)
4. 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点。

这些约束有了红黑树的关键性质: 从根到叶子的最长的可能路径不多于最短路径的两倍长（假如根R到A叶子路径最长，到B叶子路径最短，最长不多于最短的两倍RA<=2RB），所以这个树大致上是平衡的。红黑树的插入情况比较多，变色旋转也很麻烦，用到了再看吧。

Github的一篇关于TreeMap的文章

(2) B树

是多路平衡查找树，并且每个节点不止一个关键字，通过一些规则来确保其平衡性与查找效率。

• 子节点个数：非叶节点子节点数 1 < x <= M（M为阶数，代表一个树最多多少个查找路径，即为M叉树），且M >= 2，空树除外。
• 关键字数：枝节点关键字数量 (M+1)/2-1（M/2向上取整后减一）<= y < M-1。（下限是为了保证其查找效率，上限是M路限制了关键字数）
• 所有叶节点均在同一层，叶节点的子节点指针为null。（保证其平衡性）

一个3阶的B树大概长这个样。在插入时候，关键字数 >= M-1 时需要拆分，把中间的字拆到父节点，然后原子节点分裂为两个。 删除时候如果枝节点关键字过少时候，先从子节点取，子节点没合适的就从父节点取，然后一直更新节点。

(3) B+树

对于B树进行了改进，层级更少了，切叶节点构成了有序列表。

• B+树的非叶节点只进行索引不保存数据，每个非叶节点可以保存的关键字增加。
• 只有到叶节点才能查到数据，查询次数稳定。
• 叶节点连接成了链表，非常适合范围查询，查询到了一个边界然后直接遍历链表。

(4) Hash索引与B+树索引

索引有点可以加快查询速度，缺点占用存储空间而且需要维护耗费资源。

• Hash索引定位较快，但要考虑Hash冲突问题。最重要是不支持范围查询。
• B+树索引对范围查询支持较好。

3、聚集索引与非聚集索引

聚集索引即索引结构和数据一起存放的索引。主键索引属于聚集索引。

• 优点：速度快，本身B+就是多路平衡树，定位到索引节点就定位了数据。
• 缺点：需要数据有序，数据较长或难以比较（字符串、UUID）就会速度慢。更新代价大，需要更新索引（B+树），所以主键一般不可修改。

非聚集索引即索引结构和数据分开存放的索引。（二级索引属于非聚集索引）

• 优点：更新代价小，索引无数据。
• 缺点：依赖有序数据。可能会二次查询，当查到索引对应的指针或主键后，可能还需要根据指针或主键再到数据文件或表中查询。

主键索引： 数据表的主键列使用的就是主键索引，一张数据表有只能有一个主键，并且主键不能为 null，不能重复。 二级索引： 二级索引又称为辅助索引，是因为二级索引的叶子节点存储的数据是主键。也就是说，通过二级索引，可以定位主键的位置。

1. 唯一索引(Unique Key) ：唯一索引也是一种约束。唯一索引的属性列不能出现重复的数据，但是允许数据为 NULL，一张表允许创建多个唯一索引。 建立唯一索引的目的大部分时候都是为了该属性列的数据的唯一性，而不是为了查询效率。
2. 普通索引(Index) ：普通索引的唯一作用就是为了快速查询数据，一张表允许创建多个普通索引，并允许数据重复和 NULL。
3. 前缀索引(Prefix) ：前缀索引只适用于字符串类型的数据。前缀索引是对文本的前几个字符创建索引，相比普通索引建立的数据更小， 因为只取前几个字符。
4. 全文索引(Full Text) ：全文索引主要是为了检索大文本数据中的关键字的信息，是目前搜索引擎数据库使用的一种技术。Mysql5.6 之前只有 MYISAM 引擎支持全文索引，5.6 之后 InnoDB 也支持了全文索引。

联合索引

补充一个最近校招面试遇到的，联合索引。

如 (a,b,c) 三个值联合索引，最左匹配原则，只能对 a、ab、abc 这三种进行索引。 因为它建立的是层次性多个 key 的 B+ 树，查询时，先匹配 a 的索引，此时 b、c 都是无序的。