MySQL索引扩展(Index Extensions)学习总结

MySQL InnoDB的二级索引（Secondary Index）会自动补齐主键，将主键列追加到二级索引列后面。详细一点来说，InnoDB的二级索引（Secondary Index）除了存储索引列key值，还存储着主键的值(而不是指向主键的指针)。为什么这样做呢？因为InnoDB是以聚集索引方式组织数据的存储，即主键值相邻的数据行紧凑的存储在一起（索引组织表）。当数据行移动或者发生页分裂的时候，可以减少大量的二级索引维护工作。InnoDB移动行时，无需更新二级索引。我们以官方文档的例子来测试：

CREATE TABLE t1 (
  i1 INT NOT NULL DEFAULT 0,
  i2 INT NOT NULL DEFAULT 0,
  d DATE DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (i1, i2),
  INDEX k_d (d)
) ENGINE = InnoDB;

如上所示，这个t1表包含主键和二级索引k_d，二级索引k_d（d）的元组在InnoDB内部实际被扩展成（d,i1,i2），即包含主键值。因此在设计主键的时候，常见的一条设计原则是要求主键字段尽量简短，以避免二级索引过大(因为二级索引会自动补齐主键字段)。

优化器会考虑扩展二级索引的主键列，确定什么时候使用以及如何使用该索引。 这样可以产生更高效的执行计划和达到更好的性能。有不少博客介绍索引扩展是从 MySQL 5.6.9开始引入的。不过个人还没有在官方文档看到相关资料。

优化器可以用扩展的二级索引来进行ref,range,index_merge等类型索引访问（index access）,松散的索引扫描（index sacns）,连接和 排序 优化，以及min()/max()优化。

我们先来插入测试数据（脚本来自官方文档）：

INSERT INTO t1 VALUES
(1, 1, '1998-01-01'), (1, 2, '1999-01-01'),
(1, 3, '2000-01-01'), (1, 4, '2001-01-01'),
(1, 5, '2002-01-01'), (2, 1, '1998-01-01'),
(2, 2, '1999-01-01'), (2, 3, '2000-01-01'),
(2, 4, '2001-01-01'), (2, 5, '2002-01-01'),
(3, 1, '1998-01-01'), (3, 2, '1999-01-01'),
(3, 3, '2000-01-01'), (3, 4, '2001-01-01'),
(3, 5, '2002-01-01'), (4, 1, '1998-01-01'),
(4, 2, '1999-01-01'), (4, 3, '2000-01-01'),
(4, 4, '2001-01-01'), (4, 5, '2002-01-01'),
(5, 1, '1998-01-01'), (5, 2, '1999-01-01'),
(5, 3, '2000-01-01'), (5, 4, '2001-01-01'),
(5, 5, '2002-01-01');

#默认情况下，索引扩展（use_index_extensions）选项是开启的。可以在当前会话通过修改优化器开关optimizer_switch开启、关闭此选项。

mysql> show variables like '%optimizer_switch%';
 
mysql> SET optimizer_switch = 'use_index_extensions=off';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> EXPLAIN
    -> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE i1 = 3 AND d = '2000-01-01';
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+-------+------+--------------------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key  | key_len | ref   | rows | Extra                    |
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+-------+------+--------------------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | ref  | PRIMARY,k_d   | k_d  | 4       | const |    5 | Using where; Using index |
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+-------+------+--------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

这种情况下，优化器不会使用主键，因为主键由字段（i1,i2）组成，但是该查询中没有引用t2字段;优化器会选择二级索引 k_d(d) 。

我们将use_index_extensions选项在当前会话开启，那么 SQL 语句的执行计划会怎样变化呢?

mysql> SET optimizer_switch = 'use_index_extensions=on';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> EXPLAIN
    -> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE i1 = 3 AND d = '2000-01-01';
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+-------------+------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key  | key_len | ref         | rows | Extra       |
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+-------------+------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | ref  | PRIMARY,k_d   | k_d  | 8       | const,const |    1 | Using index |
+----+-------------+-------+------+---------------+------+---------+-------------+------+-------------+
1 row in set (0.00 sec)
 
mysql> 

当use_index_extensions=off的时候，仅使用索引k_d中d列的数据，忽略了扩展的主键列的数据。而use_index_extensions=on时，使用了k_d索引中（i1,i2,d）三列的数据。可以从上面两种情况下的explain输出结果中信息得以验证。

key_len：由4变到8，说明不仅仅使用了d列上的索引，而且使用了扩展的主键i1列的数据

ref：由const变为 ” const,const ” , 使用了索引的两部分。

rows:从5变为1，表明InnoDB只需要检查更少的数据行就可以产生结果集。

Extra： ” Using index,Using where ” 变为 ” Using index ” 。通过索引覆盖就完成数据查询，而不需要读取任何的数据行。官方文档的介绍如下：

The   Extra value changes from   Using where; Using index   to   Using index. This means that rows can be read using only the index, without consulting columns in the data row.

其实关于这两者的区别，查了很多资料都没有彻底搞清楚 ” Using index,Using where ” 与 ” Using index ” 的区别。此处不做展开。

另外，从status信息中 “ Handler_read_% ” 相关状态值可以观察实际执行过程中索引和数据行的访问统计。

    flush table   关闭已打开的数据表，并清除缓存（表缓存和查询缓存）。

    flush status 把status计数器清零。

Handler_read_key：The number of requests to read a row based on a key. If this value is high, it is a good indication that your tables are properly indexed for your queries.

Handler_read_next：The number of requests to read the next row in key order. This value is incremented if you are querying an index column with a range constraint or if you are doing an index scan.（ 此选项表明在进行索引扫描时，按照索引从数据文件里取数据的次数。）

关闭use_index_extensions情况下，status的统计信息

mysql> SET optimizer_switch = 'use_index_extensions=off';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> FLUSH TABLE t1;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> FLUSH STATUS;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE i1 = 3 AND d = '2000-01-01';
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|        1 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)
 
mysql> SHOW STATUS LIKE 'handler_read%';
+-----------------------+-------+
| Variable_name         | Value |
+-----------------------+-------+
| Handler_read_first    | 0     |
| Handler_read_key      | 1     |
| Handler_read_last     | 0     |
| Handler_read_next     | 5     |
| Handler_read_prev     | 0     |
| Handler_read_rnd      | 0     |
| Handler_read_rnd_next | 0     |
+-----------------------+-------+
7 rows in set (0.00 sec)

开启use_index_extensions情况下，status的统计信息

mysql> SET optimizer_switch = 'use_index_extensions=on';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> FLUSH TABLE t1;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> FLUSH STATUS;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
 
mysql> SELECT COUNT(*) FROM t1 WHERE i1 = 3 AND d = '2000-01-01';
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|        1 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)
 
mysql> SHOW STATUS LIKE 'handler_read%';
+-----------------------+-------+
| Variable_name         | Value |
+-----------------------+-------+
| Handler_read_first    | 0     |
| Handler_read_key      | 1     |
| Handler_read_last     | 0     |
| Handler_read_next     | 1     |
| Handler_read_prev     | 0     |
| Handler_read_rnd      | 0     |
| Handler_read_rnd_next | 0     |
+-----------------------+-------+
7 rows in set (0.00 sec)
 
mysql> 

对比两个执行计划，发现Handler_read_next的值从5变为1，表明索引的访问效率更高了，减少了数据行的读取次数。

本文结合官方文档Use of Index Extensions和自己理解整理。

参考资料 ：

https://docs.oracle.com/cd/E17952_01/mysql-5.6-en/index-extensions.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/index-extensions.html

http://blog.51cto.com/huanghualiang/1557306

http://reckey.iteye.com/blog/2258450