几乎所有的系统都支持邮箱登录,现在维护一个支持邮箱登录的系统,用户表是这么定义的:
create table SUser(
ID bigint unsigned primary key,
email varchar(64),
...
)engine=innodb;
由于要使用邮箱登录,所以业务代码中一定会出现类似于这样的语句:
select f1, f2 from SUser where email='xxx';
根据索引的知识,如果email这个字段上没有索引,那么这个语句就只能做全表扫描。同时,MySQL是支持前缀索引的,可以定义字符串的一部分作为索引。如果创建索引的语句不指定前缀长度,那么索引就会包含整个字符串。
alter table SUser add index index1(email);
或
alter table SUser add index index2(email(6));
第一个语句创建的index1索引里面,包含了每个记录的整个字符串;而第二个语句创建的index2索引里面,对于每个记录都是只取前6个字节。两个索引的示意图如下:
select id,name,email from SUser where email='zhangssxyz@xxx.com';
如果使用的是index1(即email整个字符串的索引结构),执行顺序如下:
- 从index1索引树找到满足索引值是’zhangssxyz@xxx.com’的这条记录,取得ID2的值;
- 到主键上查到主键值是ID2的行,判断email的值是正确的,将这行记录加入结果集;
- 取index1索引树上刚刚查到的位置的下一条记录,发现已经不满足email='zhangssxyz@xxx.com’的条件了,循环结束。 这个过程中,只需要回主键索引取一次数据,所以系统认为只扫描了一行。
如果使用的是index2(即email(6)索引结构),执行顺序如下:
- 从index2索引树找到满足索引值是’zhangs’的记录,找到的第一个是ID1;
- 到主键上查到主键值是ID1的行,判断出email的值不是’zhangssxyz@xxx.com’,这行记录丢弃;
- 取index2上刚刚查到的位置的下一条记录,发现仍然是’zhangs’,取出ID2,再到ID索引上取整行然后判断,这次值对了,将这行记录加入结果集;
- 重复上一步,直到在index2上取到的值不是’zhangs’时,循环结束。 在这个过程中,要回主键索引取4次数据,也就是扫描了4行。
发现使用前缀索引后,可能会导致查询语句读数据的次数变多。但是,如果定义的index2是email(7),即满足前缀’zhangss’的记录只有一个,也能够直接查到ID2,只扫描一行就结束了。
使用前缀索引,定义好长度,就可以做到既节省空间,又不用额外增加太多的查询成本。
有什么方法能够确定应该使用多长的前缀? 在建立索引时关注的是区分度,区分度越高越好,意味着重复的键值越少。因此,可以通过统计索引上有多少个不同的值来判断要使用多长的前缀。
首先,使用下面这个语句,算出这个列上有多少个不同的值:
select count(distinct email) as L from SUser;
然后,依次选取不同长度的前缀来看这个值,比如查看4~7个字节的前缀索引,可以用这个语句:
select
count(distinct left(email,4))as L4,
count(distinct left(email,5))as L5,
count(distinct left(email,6))as L6,
count(distinct left(email,7))as L7,
from SUser;
需要预先设定一个可以接受的损失比例,比如5%。然后,在返回的L4~L7中,找出不小于 L * 95%的值,若L6、L7都满足,就可以选择前缀长度为6。
使用前缀索引可能会增加扫描行数,这会影响性能。其实,前缀索引的影响不止如此。
select id,email from SUser where email='zhangssxyz@xxx.com';
与前面的sql语句相比,此语句只要求返回id和email
- 如果使用index1(email整个字符串的索引结构),可以利用覆盖索引,从index1查到结果后直接就返回了,不需要回到ID索引再去查一次。
- 如果使用index2(email(6)索引结构),不得不回到ID索引再去判断email字段的值。
所以使用前缀索引就用不上覆盖索引对查询性能的优化了,这也是在选择是否使用前缀索引时需要考虑的一个因素。
对于类似于邮箱这样的字段来说,使用前缀索引的效果可能还不错。但也会遇到前缀的区分度不够好的情况,比如,身份证号。
如果维护的数据库是一个市的公民信息系统,这时候如果对身份证号做长度为6的前缀索引的话,这个索引的区分度就非常低了。
按照前面的方法,可能需要创建长度为12以上的前缀索引,才能够满足区分度要求。但是,索引选取的越长,占用的磁盘空间就越大,相同的数据页能放下的索引值就越少,搜索的效率也就会越低。
3.1 倒序存储
select field_list from t where id_card = reverse('input_id_card_string');
由于身份证号的最后6位没有地址码这样的重复逻辑,所以最后这6位很可能就提供了足够的区分度。
3.2 使用hash字段
可以在表上再创建一个整数字段,来保存身份证的校验码,同时在这个字段上创建索引
alter table t add id_card_crc int unsigned, add index(id_card_crc);
每次插入新记录的时候,都同时用crc32()函数得到校验码填到这个新字段。由于两个不同的身份证号通过crc32()函数得到的结果可能是相同的,所以查询语句where部分要判断id_card的值是否精确相同。
select field_list from t where id_card_crc=crc32('input_id_card_string') and id_card='input_id_card_string';
3.3 两种方法的异同点
相同点: 都不支持范围查询。
- 倒序存储的字段上创建的索引是按照倒序字符串的方式排序的,已经没有办法利用索引方式查出身份证号码在[ID_X, ID_Y]的所有市民了。
- hash字段的方式也只能支持等值查询。
区别:
- 从占用的额外空间来看,倒序存储方式在主键索引上,不会消耗额外的存储空间,而hash字段方法需要增加一个字段。
- 在CPU消耗方面,倒序方式每次写和读的时候,都需要额外调用一次reverse函数,hash字段的方式需要额外调用一次crc32()函数。如果只从这两个函数的计算复杂度来看的话,reverse函数额外消耗的CPU资源会更小些。
- 从查询效率上看,使用hash字段方式的查询性能相对更稳定一些。因为crc32算出来的值虽然有冲突的概率,但是概率非常小。而倒序存储方式毕竟还是用的前缀索引的方式,还是会增加扫描行数。
维护一个学校的学生信息数据库,学生登录名的统一格式是”学号@gmail.com", 而学号的规则是:15位的数字,其中前3位是所在城市编号、第4到第6位是学校编号、第7位到第10位是入学年份、最后5位是顺序编号。
系统登录的时候都需要学生输入登录名和密码,验证正确后才能继续使用系统。
解答: 由于这个学号的规则,无论是正向还是反向的前缀索引,重复度都比较高。因为维护的只是一个学校的,因此前面6位是固定的,邮箱后缀都是@gamil.com,因此可以只存入学年份加顺序编号,它们的长度是9位。 而其实在此基础上,可以用数字类型来存这9位数字。比如201100001,这样只需要占4个字节。其实这个就是一种hash,只是它用了最简单的转换规则:字符串转数字的规则。