联合索引底层是怎么样的?

下面以 InnoDB 为例，讲清“联合索引（复合索引）”在底层是怎么存、怎么比、怎么用。 # 1）数据结构与存储 * 索引结构：B+Tree。内部节点只存“键元组的前缀”和子页指针；叶子节点按键元组有序排列，串成双向链表，便于区间扫描。 * 聚簇与二级： * 聚簇索引（PRIMARY KEY）叶子存整行记录。 * 二级索引叶子存：**(联合索引键元组) + 主键值**。主键作为“隐含后缀”保证二级索引键唯一，也用于回表。 * 页：默认 16KB，一页内是多条有序记录，带页目录；插入可能触发页分裂，删除可能合并。 # 2）“键元组”的比较规则（联合索引怎么排序） * 记索引定义：`INDEX idx(a, b, c)`，每条索引记录的键就是三元组 `(a, b, c)`，比较采用**字典序**：先比 `a`，相等再比 `b`，再比 `c`。 * 字符列受字符集/排序规则影响；`NULL`可参与比较（通常当作最小）。 * MySQL 8.0 支持 per-column `ASC/DESC`，底层仍是同一棵 B+Tree，只是比较方向不同。 * 可定义“列前缀索引”：如 `INDEX idx(name(20), city(10))`，每列的前缀长度独立生效。 # 3）查找与范围扫描是怎么走的 * 精确查找：用已知前缀在树上二分下探，最终定位到叶子上的第一个匹配位置。 * 范围扫描：从定位到的第一条开始，沿叶子链表顺序扫描，直到区间上界。 * 左前缀原则（Leftmost Prefix Rule）与“范围停止”： * 只有**从最左列开始的连续条件**才能用于“定位范围”。 例：`a = ? AND b = ?` 可用到 `(a,b)`；`b = ?` 单独用不到这个索引（可能触发 skip-scan，见下）。 * 一旦在第 k 列出现**范围条件**（`> < BETWEEN LIKE 'xx%'`），就**不能再用第 k+1 列继续缩小索引范围**；第 k+1 列只能用于“过滤”（ICP）或回表后过滤。 例：`a = ? AND b BETWEEN ? AND ? AND c = ?`，`c`通常不能参与索引范围界定。 * Index Condition Pushdown（ICP）：不再缩小“索引范围”的条件，若可在索引里判断，会被下推到存储引擎层减少回表。 # 4）回表与覆盖 * 覆盖索引：查询所需列全部在联合索引里，叶子记录即可返回，`Extra: Using index`，无回表。 * 非覆盖：需要去聚簇索引再拿整行。二级索引记录里的主键值就是回表的“指针”。 # 5）空间与 key\_len * `EXPLAIN key_len`≈真实参与比较的索引前缀字节数之和：每列的定长/变长开销、`NULL` 标志位都会计入。 变长列（VARCHAR）会多长度字节；可空列会多 NULL 位。理解 `key_len` 能看出复合索引用到了哪些列、是否只用到了前缀。 * 二级索引额外握着主键值；主键越长，所有二级索引越大、写入越慢。 # 6）维护行为 * 插入/更新：保持有序，可能页分裂与树高变化；高写入下随机主键比顺序主键更易产生碎片。 * 删除：标记 + 按需合并；长时间剧烈写入后可考虑重建索引来整理碎片。 # 7）优化器的几个特殊点 * Skip Scan（8.0 可用）：当左列基数很小且未给条件时，优化器可能尝试“假装枚举几种左值”后利用右侧列，代价模型决定是否采用；并不总是触发。 * 排序/分组下推：若 `ORDER BY/GROUP BY` 的列序与联合索引顺序、方向一致且等值前缀满足，可“顺序读即有序”，避免 `Using filesort/temporary`。 # 8）把规则落到查询上（`INDEX(a,b,c)`） 可用到索引“定位范围”的典型组合： * `a = ?` * `a = ? AND b = ?` * `a = ? AND b = ? AND c = ?` * `a = ? AND b BETWEEN ? AND ?`（到 b 为止，c 只做过滤/ICP） * `a BETWEEN ? AND ?`（到 a 为止） * `a = ? AND b LIKE 'xxx%'`（到 b 为止，前缀匹配） 不太行（或依赖 skip-scan）： * 只有 `b = ?`、`c = ?`、或 `b BETWEEN ? AND ?` * `a LIKE '%xx'`（左模糊无法定位） # 9）列顺序的经验准则（设计联合索引时） * 以**等值匹配最多**的列在前，其次是范围列；把“会截断范围”的列尽量放靠后。 * 若常需要**排序或分组**，让索引顺序与 `ORDER BY/GROUP BY` 一致，且前缀条件为等值，这样能“边读边有序”。 * 选择性（区分度）高的列优先，但要与实际查询模式综合权衡。 * 控制主键长度，避免拖大所有二级索引；需要覆盖就把常查列放进索引，但注意写放大。