【MySQL】全面剖析索引失效、回表查询与索引下推

1.索引失效的情况

以tb_user表举例，id为主键索引、name和phone字段上建立了一个普通索引，name和phone均为varchar类型。

索引列运算

当在 WHERE 子句或 JOIN 子句中对列使用函数或表达式时，索引会失效。

执行以下语句，可以发现执行计划中索引已经生效。

explain select * from tb_user where name = 'Jack';

如果我们使用substring函数只取前三个字符，则索引失效。

explain select * from tb_user where SUBSTRING(name, 1, 3) = 'Jac';

可以发现type为ALL，key为null，说明本次查询没有执行索引，走的是全表扫描。

隐式类型转换

当列的类型和查询中的值类型不同时，MySQL 可能会进行隐式类型转换，导致索引失效。

执行以下语句，phone为varchar类型，如果等号右侧不加引号，则发生隐式转换，索引失效。

explain select * from tb_user where phone = 13016161546;

前导通配符查询

使用通配符查询时，如果通配符在字符串的前面，索引会失效。

执行以下语句，查询name字段后缀为ack的数据，索引失效。

explain select * from tb_user where name like '%ack';

or连接条件

当 or 条件中某个列没有索引时，索引会失效

执行以下语句，因为name和phone都是索引字段，索引正常生效。

explain select * from tb_user where name = 'Jack' or phone = '15846234682';

执行以下语句，因为age字段没有设置索引，所以索引失效查询。

explain select * from tb_user where name = 'Jack' or age = '20';

最左匹配原则

对于联合索引（多个列组成的索引），如果查询条件不包含索引的最左前缀部分，索引会失效。

TIPS： 这里指的最左是联合索引中的顺序，而不是SQL语句查询条件的顺序。

在本例中，我们新建一个表table，给字段col1、col2、age建立联合索引（col1, col2, age）

• 遵循最左匹配发展

按照最左前缀法则查询数据。

explain select * from `table` where col1 = 'user' and col2 = 'password' and age = 21;

可以发现，联合索引的总长度为107

• 不遵循最左匹配法则（查询条件中不包括联合索引的最左前缀部分）

如果不按照最左匹配法则，直接查询col2的数据

explain select * from `table` where col2 = 'password';

本次查询走的是index全索引扫描，性能上要低于ref。

• 不遵循最左匹配法则（查询条件中包含> <范围查询）

如果查询条件中使用了> <，则不遵循最左匹配法则（可以使用其他范围查询符号），范围查询右侧的索引失效。

执行以下语句，由于age在联合索引（col1, col2, age）中是最后一个，所以不存在其右侧索引失效的情况。

explain select * from `table` where col1 = 'user' and col2 = 'password' and age > 21;

但是如果我们将col2和age调换顺序，改为（col1, age, col2），则col2索引失效。

数据分布情况

MySQL会根据表中数据的分布情况，决定是否使用索引

举一个简单的例子，如果表中的age字段最小值为10，查询条件为age >= 10。则在查询时可能不会走索引，因为走索引和不走索引都需要查询表中的全部数据，不过判断一个语句是否走索引还是要根据explain关键字返回的结果进行判断。

2.回表查询

回表查询是指在使用辅助索引（二级索引）进行查询时，由于辅助索引中不包含查询所需的所有列数据，数据库必须通过索引找到对应的数据行位置，再去实际的数据表（即“回表”）中读取完整的数据行。这种操作会增加额外的 I/O 开销，因此回表查询通常比直接从索引中获取数据的查询更慢。

回表查询示例

假设有以下表数据，id为主键索引，name为普通索引。

主键索引（id）的索引结构如下图，在叶子节点中存储的是每一行的数据。如果我们直接根据id查询，就可以在遍历索引时直接拿到每一行的数据。

select * from tb_user where id = 2;

辅助索引（name）的索引结构如下，叶子节点存储的是该行的主键（id），如果需要查询该行的数据，则需要遍历索引后获得主键id，再根据这个主键id前往主键索引中查询，这个过程就是回表查询。

select * from tb_user where name = 'Arm';

避免回表查询

避免回表查询很简单，只需要保证查询的列能够被索引结构覆盖即可。通过创建一个包含所有查询所需列的索引，数据库可以直接从索引中获取所有需要的数据，无需回表。

覆盖索引（Covering Index）是指查询所需的所有列都包含在同一个索引中，从而避免回表操作。这样可以显著提高查询性能。

比如我们直接使用以下语句，就可以避免回表查询，因为name索引中包含了name和id的数据，而无需回到数据库进行查询。

select name from tb_user where name = 'Arm';

select id, name from tb_user where name = 'Arm';

3.索引下推

索引下推（Index Condition Pushdown，ICP） 是 MySQL 5.6 及以上版本中引入的一种优化技术，用于提高使用索引查询的效率。ICP 可以减少回表操作（即从索引表跳回数据表读取完整行数据）的次数，从而提高查询性能。

除了可以减少回表次数之外，索引下推还可以减少存储引擎层和 Server 层的数据传输量。

工作原理

在没有索引下推的情况下，MySQL 的查询执行流程通常是：

1. 索引扫描：存储引擎使用索引查找满足索引条件的记录。
2. 返回记录：将这些记录返回给 MySQL 服务器。
3. 行过滤：MySQL 服务器根据剩余的查询条件进一步过滤这些记录。

使用索引下推后，MySQL 优化器会在索引扫描阶段尽可能多地应用查询条件，只有在通过索引扫描无法完全过滤的情况下，才进行回表操作。

适用场景

索引下推在以下场景中尤其有效：

1. 范围查询：对索引列进行范围查询时，例如 BETWEEN、<、> 等。
2. 联合索引查询：在联合索引的前缀列上进行查询，并且查询条件涉及非索引列时。
3. 复杂条件查询：查询条件包含多个过滤条件时，例如 AND、OR 等。

示例

假设有一个包含联合索引 idx_name_age 的表 tb_user：

CREATE TABLE tb_user (
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(50),
age INT,
address VARCHAR(255),
INDEX idx_name_age (name, age)
);

查询语句：

explain select * from tb_user where name = 'John' and age > 30 and address like '%Street%';

在没有索引下推的情况下，MySQL 会：

1. 使用索引 idx_name_age 找到 name = 'John' 的所有记录。
2. 回表读取每一条记录的实际数据。
3. 对回表后的数据应用剩余条件 age > 30 和 address LIKE '%Street%' 进行过滤。

在启用索引下推的情况下，MySQL 会：

1. 使用索引 idx_name_age 找到 name = 'John' 且 age > 30 的记录（在索引扫描阶段应用部分条件）。
2. 仅对符合前两个条件的记录进行回表操作。
3. 对回表后的数据应用剩余条件 address LIKE '%Street%' 进行最终过滤。