深入理解MySQL索引底层数据结构

1 引言

在日常工作中，我们会遇见一些慢SQL，在分析这些慢SQL时，我们通常会看下SQL的执行计划，验证SQL执行过程中有没有走索引。通常我们会调整一些查询条件，增加必要的索引，SQL执行效率就会提升几个数量级。我们有没有思考过，为什么加了索引就会能提高SQL的查询效率，为什么有时候加了索引SQL执行反而会没有变化，本文就从MySQL索引的底层数据结构和算法来进行详细分析。
2 索引数据结构对比

索引的定义：索引(Index)是帮助MySQL高效获取数据的排好序的数据结构。
索引中常见的数据结构有以下几种：

• Hash表
  
• 二叉树
  
• 红黑树
  
• B-Tree
  
• B+Tree
  

Hash表
通过索引的key进行一次hash计算，就可以快速获取磁盘文件指针，对于指定索引查找文件非常快，但是对于范围查找没法支持，有时候也会出现Hash冲突的情况。

二叉树
二叉树的特点：左边子节点的数据小于父节点数据，右边子节点的数据大于父节点数据。如下图所示，如果col2是索引，查找索引为65的行元素，只需要查找两次，就可以获取到行元素所在的磁盘指针地址。

但如果是一个按照顺序递增的值，例如为col1建立索引，不再适合使用二叉树建立索引，因为此时使用二叉树建立索引将会变成一个链式索引，此时的索引结构如下图所示，如果查找6节点需要6次遍历才能找到。

红黑树
红黑树是一种二叉平衡树，可以提高查询效率，此时若再查找6节点只需要遍历3次就能找到了。但红黑树也有缺点，当存储大数据量时，树的高度就会变的不可控， 数量越大，树的高度越高，查询的效率将会大大降低。

B-Tree
B-Tree是一种多路二叉树，所具有的特点：1 叶节点具有相同的深度，叶节点的指针为空；2 所有索引元素不重复；3 节点中的数据索引从左到右递增排列。

B+Tree
B+Tree是B-Tree的变种，所具有的特点：1 非叶子节点不存储data，只存储索引(冗余)，可以放更多的索引；2 叶子节点包含所有索引字段；3 叶子节点用指针连接，提高区间访问的性能。

与红黑树相比，B-Tree和B+Tree两种数据结构都更加矮胖，存储相同数量级的索引数据时，层级更低。
B-Tree和B+Tree之间一个很大的不同，是B+Tree的节点上不储存value，只储存key，而叶子节点上储存了所有key-value集合，并且节点之间都是有序的。这样的好处是每一次磁盘IO能够读取的节点更多，也就是树的度(Max.Degree)可以设置的更大一些，因为每次磁盘IO读取的磁盘页数是一定的。例如，每次磁盘IO能够读取1页=4kb，那么省去value的情况下同样一页数据能够读取更多的key，这样就大大减少了磁盘的IO次数。

此外，B+Tree也是排好序的数据结构，数据库中>