数据库主键、外键和索引的理解

数据库是一种用于存储和管理数据的软件系统，它最常见的功能就是实现数据的增删改查。而想要方便的对库立面的数据进行操作，归功于数据库里面的数据都是按照一定结构关系组织起来的，即数据会存储在若干个二维表中，这些表则由行和列组成；行表示数据记录，列表示字段。

如果用户想高效的将这些表组织为一个有效的数据集合，保证数据的完整性和一致性，那么数据库中的表就需要定义一些特殊的列，也就是标题中提到的主键和外键，我们可以说这两个指标就是各个数据表的粘合剂。至于索引，则对于数据检索有着关键的作用。但要注意的是，一旦数据表上了生产环境，那么我们所定义的这些指标就很难进行修改，因此在开发前设计阶段就定义好这些指标就非常关键了。

主键、外键和索引分别是什么？

主键

主键 Primary Key，作为关系型数据库的基石，是一种用于唯一标识表中每一行记录的列或列的组合。这句话的意思就是一个表里只能有一个主键，它可以作为各个表之间的关联依据，保证表内数据的完整性。

值得我们注意的是，主键除了是表里唯一存在的特性之外，它还不能包含空值不能为NULL，通常主键会由数据库自动生成，常见的数据类型包括自增整数（AUTO_INCREMENT）；尤其需要注意的是，主键一旦定义，就不应该修改，否则会破坏数据的一致性，因此最好可以设置为和业务无关且无意义的字段，以避免业务变化导致主键变化。

外键

外键 Foreign Key，则是一种用于建立和加强两个表之间联系的列或列的组合。它可以实现表之间的逻辑关系，如一对一、一对多、多对多等，保证各个表之间数据的一致性，防止出现孤立或不匹配的数据，以此提高数据的可读性和可维护性。

外键具备以下特点：它和主键不同，外键可以包含空值可以为NULL，也可以有重复的值，不一定得是唯一的。数据表中可以有多个外键，但必须引用另一个表的主键或唯一键，且他们之间的数据类型及长度必须一致或则至少兼容。

索引

索引 Index，基于数据表单列或则多列，是一种用于提高数据检索效率的数据结构。通过索引，可以快速定位到数据行的位置，减少数据的扫描次数；直接按照索引列的顺序返回数据，降低数据的排序成本；并且通过索引可以加速分组和聚合操作，如GROUP BY、COUNT、SUM等，支持数据的分组和聚合

索引的特点包括：索引是对表中一列或多列的值进行排序的一种方式，类似于书籍的目录或字典的检字表；索引可以是唯一的，也可以是非唯一的，前者要求索引列的值不能重复，后者则允许索引列的值重复；它也可以是由主键自动创建的索引，或则由用户自定义创建。

索引的使用方法其实就是对数据表内数据增删改查的操作，可以分为4大类：使用CREATE INDEX语句创建索引、使用DROP INDEX语句删除索引、使用SHOW INDEX语句查看索引、使用OPTIMIZE INDEX语句优化索引或则重建索引。

唯一索引

唯一索引，作为索引中的一类，它要求索引列的值是唯一的，但允许有空值。

唯一索引的主要作用就是保证数据的唯一性，防止出现重复的数据。唯一索引也可以提高查询速度，因为一旦找到满足条件的记录，就会立即停止搜索。

三者实际运用举例

这里举个经典的例子，假设我们有两张数据表，一张是关于学生的，一张是关于班级的。

在学生这张表里，我们有如下数据：

在这张表里，主键是自动生成且无意义的id，外键则是class_id。

而在班级这张表里，我们则有如下数据：

在班级这张表里，主键也是自动生成且无意义的id，外键在这表里就没有存在。

由上面两张图，结合前面一节“主键、外键和索引分别是什么？”的介绍，我们可以得出如下结论：

• 主键是用于唯一标识表中每一条记录的指标，它不能重复，不能为空，且只能有一个。例如，学生表的id列和班级表的id列都是主键，它们的值都是自动生成的，不会有重复或空值的情况。
• 外键是用于数据表之间建立联系的指标，它必须引用另一个表的主键或唯一键，它可以重复，可以为空，且可以有多个。例如，学生表的class_id列就是外键，它引用了班级表的id列；它的值可以重复，表示多个学生属于同一个班级，但不能超出班级表中id列的值范围，因为外键和引用的表的主键/唯一键的数据类型及长度必须一致或则至少兼容。
• 索引是用于提高数据检索效率的数据结构，它对表中的一列或多列的值进行排序，方便快速定位数据。例如，学生表的id列和班级表的id列可以作为主键索引，它们是唯一的，可以帮助用户快速找到对应的记录。当然我们也可以用学生表的student_name列创建一个非主键索引，就可以加速用户按照姓名查询学生的操作。

最后，附上可以创建出如上两张表的一种SQL语句表达方式：

CREATE TABLE students (
  id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT, -- 学生表的主键，自增整数类型
  student_name VARCHAR(255) NOT NULL, -- 学生的姓名，字符串类型，不能为空
  class_id INT NOT NULL, -- 学生所属的班级，是学生表的外键，整数类型，不能为空
  PRIMARY KEY (id), -- 定义id为主键
  FOREIGN KEY (class_id) REFERENCES classes (id) -- 定义class_id为外键，引用classes表的id列
);

CREATE TABLE classes (
  id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT, -- 班级表的主键，自增整数类型
  name VARCHAR(255) NOT NULL, -- 班级的名称，字符串类型，不能为空
  PRIMARY KEY (id) -- 定义id为主键
);