本文基于Mysql5.7版本和InnoDB存储引擎。
1、InnoDB索引组织表
在InnoDB引擎中，表都是按照主键顺序组织存放的，这种存放方式的表称为索引组织表。InnoDB存储引擎中的表，都有主键，如果没有显式声明主键，则采取以下措施：该表如果有非空唯一索引，则该列为主键；如果有多个，则取第一个；
如果没有非空唯一索引，则InnoDB自动创建一个大小为6字节的指针作为主键；
为什么推荐使用自增ID做主键而不是UUID?
这是由于B+树的性质决定的，UUID无序，占用空间大，每(磁盘)页能存放的索引少，这会导致磁盘IO次数增加，效率变慢；
什么是堆表？
与索引组织表相对应，堆表是按照行数据的插入顺序存放，无组织，在某些情况下，堆表比索引组织表更快；
2、索引原理
2.1、什么是索引？
索引是一个单独的、存储在磁盘上的数据库结构。
InnoDB支持B+树索引；B+树索引由于一个结点存储的是一个磁盘页的数据，因此只能先找到被查找数据所在的页，然后将页读进内存中，最后再在内存中查找；
关于B+树数据结构的相关知识请看 什么是B-树、B树、B+树、B*树？
2.2、B+树索引分类
聚集(主键)索引
辅助(非聚集、二级)索引
普通索引
唯一索引
联合索引
聚集索引和主键索引的相同点：
叶子结点存放所有数据(这是由B+树的性质所决定的)；
不同点：
聚集索引的叶子结点存放一整行数据，而辅助索引的叶子结点只存放该列数据和主键；
2.3、联合索引原理
如上图所示，联合索引的结点以(a列的值,b列的值)形式存储。
下面看看如何使用联合索引进行查询：
select * from tb1 where a=? and b=?，走联合索引，因为a和b在一起是排序的；
select * from tb1 where a=?，走联合索引，因为单独的a是排序的；
select * from tb1 where b=?，不走联合索引，因为单独的b不是排序的，如上图，b的顺序为1,2,1,4,1,2；
联合索引的好处：
首先，a列和b列都是排好序的；比如我要查询用户最近三次的购买记录，可以使用user_id作为索引，也可以使用(user_id,buy_date)的联合索引；如果使用user_id作为索引，则需要将查询出来的结果再按buy_date进行一次排序，才能查出最近三次的购买记录；而联合索引已经将buy_date排好序了，只需要取最后三条数据，就是用户最新三次的购买记录；
2.4、什么是覆盖索引？
定义：如果能直接从辅助索引上查找到所有想要的数据，而不需要回表(通过主键在聚集索引上做二次查询)，就称该辅助索引覆盖了这条select语句，又称索引覆盖；
优化器一般会倾向于使用覆盖索引而不是聚集索引，因为聚集索引占用空间大，磁盘IO次数多；
联合索引可以当做覆盖索引使用。对于联合索引(a,b)而言，使用b作为查询条件则不走索引，但是如果此时没有针对b的索引，且要查询的列该联合索引都有，则优化器会将该联合索引视作覆盖索引(联合索引上单独的b是无序的，所以是从头到尾顺序查找，尽管如此也比在聚集索引上顺序查找效率高)，explain的Extra中有Using index就表明使用了覆盖索引；
2.5、操作索引
查看某个表的索引：show index from 表名
下面解释一下各字段的意思：
Table：索引所在表名；
Non_unique：值为0表示唯一；
Key_name：索引名称；
Seq_in_index：索引中该列的位置；
Column：索引中列的名称；
Collation：列以什么方式存储在索引中，值为A或NULL，B+树索引总是A，即排序的；
Cardinality：表示该列中唯一值数目的估计值。如果该值非常小，则表示该列重复数据较多；为什么是估计值呢？因为该值不是实时更新的(代价太大)，可以用analyze table命令手动更新一次Cardinality值；
Sub_part：是否只对列的一部分索引；比如某个列类型为varchar(1000)，可以设置只索引该列的前100个字符，则Sub_part的值为100，如果索引的是列的全部，则Sub_part为NULL；
Packed：关键字如何被压缩。如果没有被压缩则为NULL；
Null：该列是否允许有NULL值；
Index_type：索引类型；
在select语句中使用force index(index_name)强制使用某个索引，而user index(index_name)则提示使用某个索引。
3、性能优化
3.1、执行计划查看sql的执行计划：explain select ...
下面简要介绍一下各字段的意思，详细解释请查阅Mysql5.7官方文档：https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/explain-output.html
id：select的查询序列号
select_type：查询类型
simple：简单查询，不包括连接查询和子查询
primary：主要的查询，最外层的查询
subquery：子查询
table：表示查询的表
partitions：命中的分区，如果是非分区表则为NULL
type：表的连接类型
const：只返回一行数据，查询速度很快，该列具有唯一索引或主键索引；如果是普通索引，即时真的只返回一行数据，也不会是const；
range：范围查询；
index：根据辅助索引全表扫描；
ALL：无索引(聚集索引)全表扫描；
possible_keys：通过检测where子句获得可用的索引；
key：实际使用的索引；
rows：显示Mysql在表中进行查询时必须检查的行数；
extra：表示Mysql在处理查询时的详细信息；
3.2、索引设计原则
索引优点：
唯一索引可以保证唯一性；
加快速度：查询速度、表与表连接速度、分组和排序的速度；
缺点：
索引需要占用磁盘空间；
索引的维护(增删改)需要时间，尤其是数据量大的时候；
索引设计原则：
索引并非越多越好，索引太多会影响insert、update、delete的性能；
经常更新的列不使用索引，经常查询(逻辑外键、where子句、group by子句、order by子句)的列使用索引；
数据量小的表不使用索引；
重复值很多的列不使用索引；
删除长期未使用的索引，不用的索引会造成不必要的性能消耗；
避免使用冗余索引：如(name,city)和(name)就是冗余索引，因此一般应该扩展已有的索引，而不是创建新的索引；
3.3、索引失效的情况
避免where子句中对字段施加函数，会造成无法命中索引。这是因为b+树只能对原值进行索引。
假设订单表有1000万数据，订单号为null有100条，分析如下三条sql语句：
explain select order_num from goods_order where order_num ='f035a84a-4672-4517-bd8a-2c9f2d92423e'
explain select order_num from goods_order where order_num is null
explain select order_num from goods_order where order_num is not null通过执行结果发现，只有is not null不走索引。
联合索引遵循最左前缀原则，否则不走索引。使用in不走索引，用exists代替，如果是连续的数值则可以用between代替。
应尽量避免在 where 子句中使用 or 来连接条件，如果一个字段有索引，一个字段没有索引，则不走索引。like子句不能前置百分比，否则不走索引，如果非要前置百分比不可，则考虑使用全文索引。where 子句中不要使用 != 或 <> ，否则不走索引。limit offset查询缓慢时，可以借助主键索引来提高性能：select a.* from bigtable a inner join (select id from bigtable LIMIT 6520000,10) b on a.id=b.id
最后看一下下面这种情况：
比如select * from order where order_id>10000 and order_id<20000，注意order_id不是主键，此时有一个辅助索引order_id，由于该索引上不包含所有的字段(注意是select *)，因此还要回表。通过order_id找到的对应主键是无序的，所以回表的过程是磁盘离散读，而磁盘顺序读的速度是远大于离散读的(固态硬盘的随机读速度非常快)，特别是数据量大的情况下差异更明显，这时会优化器会放弃辅助索引而走全表扫描。
总体来说，优化器选择走不走索引，也不是千篇一律的，有时候也要看实际情况。对于我们而言，要熟练使用explain查看sql执行计划，在实际项目中分析sql性能的瓶颈，进行优化。
