面试题：MySQL聚簇索引与非聚簇索引的性能对比及优化策略

Question

详细说明MySQL聚簇索引和非聚簇索引在查询、插入、更新和删除操作时的性能差异，并针对不同操作提出优化索引使用的策略。

Answer 1

聚簇索引与非聚簇索引操作性能差异

1. 查询操作
   • 聚簇索引：
     • 优点：对于按照聚簇索引列进行的查询，性能非常高。因为聚簇索引将数据行和索引存储在一起，所以当通过聚簇索引查找数据时，可以直接定位到数据页，减少了I/O操作。例如，在一个按照id（假设id是聚簇索引）查询的场景中，能快速获取到对应的数据记录。
     • 缺点：如果查询条件不是聚簇索引列，查询性能可能会较差。因为需要先通过其他索引找到聚簇索引键，再通过聚簇索引找到数据，增加了额外的I/O开销。
   • 非聚簇索引：
     • 优点：在查询条件是该非聚簇索引列时，查询速度也较快，能快速定位到索引记录。但与聚簇索引相比，还需要根据索引中的指针去数据页获取实际数据，有额外的I/O操作。
     • 缺点：如果查询涉及多个非聚簇索引列的复杂条件，可能需要进行索引合并等操作，性能不如聚簇索引针对其索引列的查询。
2. 插入操作
   • 聚簇索引：
     • 优点：如果插入的数据按照聚簇索引顺序插入，性能较好，因为数据页可以顺序填充。
     • 缺点：如果插入的数据不按照聚簇索引顺序，可能导致页分裂。例如，在已有数据的表中插入一个聚簇索引值很大的数据，可能需要移动大量数据，性能开销大。
   • 非聚簇索引：
     • 优点：插入操作相对灵活，一般不会引起数据页的大规模移动。
     • 缺点：每次插入可能需要更新多个非聚簇索引，增加了写操作的开销。
3. 更新操作
   • 聚簇索引：
     • 优点：如果更新的列不是聚簇索引列，且聚簇索引键值不变，性能影响相对较小。
     • 缺点：如果更新聚簇索引列的值，会导致数据行在物理存储上的移动，可能引发页分裂等操作，性能开销大。
   • 非聚簇索引：
     • 优点：如果更新的列不是非聚簇索引列，对非聚簇索引影响较小。
     • 缺点：如果更新非聚簇索引列的值，需要更新对应的非聚簇索引，可能涉及索引页的分裂等操作，增加性能开销。
4. 删除操作
   • 聚簇索引：
     • 优点：删除操作相对直接，删除数据行后，聚簇索引结构的调整相对简单，尤其是如果后续有新数据按照聚簇索引顺序插入，可以重用删除后的空间。
     • 缺点：如果删除的数据导致聚簇索引页大量空闲，可能需要进行页合并等操作，增加性能开销。
   • 非聚簇索引：
     • 优点：删除操作一般只需要更新非聚簇索引中对应的索引记录，相对简单。
     • 缺点：删除操作后，非聚簇索引页可能存在空闲空间，但不会主动进行合并等操作，可能造成空间浪费。

优化索引使用策略

1. 查询优化
   • 聚簇索引：
     • 尽量按照聚簇索引列进行查询。如果业务场景中有频繁的基于某个列的单条记录查询或范围查询，将该列设为聚簇索引列。例如，在用户表中，如果经常通过用户ID查询用户信息，将用户ID设为聚簇索引。
   • 非聚簇索引：
     • 对于多条件查询，合理创建复合非聚簇索引，注意索引列的顺序，一般将选择性高（即该列不同值较多）的列放在前面。例如，在订单表中，经常通过订单状态和下单时间查询订单，可创建以订单状态在前、下单时间在后的复合非聚簇索引。
2. 插入优化
   • 聚簇索引：
     • 尽量按照聚簇索引顺序插入数据。例如，可以在应用程序层面先对要插入的数据按照聚簇索引列进行排序，再批量插入。
   • 非聚簇索引：
     • 减少不必要的非聚簇索引。如果某些非聚簇索引在插入操作后很少使用，考虑不创建该索引，以减少插入时的写开销。
3. 更新优化
   • 聚簇索引：
     • 避免频繁更新聚簇索引列的值。如果必须更新，尽量批量更新，减少页分裂等操作的次数。
   • 非聚簇索引：
     • 对于频繁更新的列，谨慎创建非聚簇索引。如果更新频繁且查询不依赖该列的索引，可不创建索引。
4. 删除优化
   • 聚簇索引：
     • 定期对表进行碎片整理（如使用OPTIMIZE TABLE语句，在合适的维护窗口进行），以合并聚簇索引页中的空闲空间。
   • 非聚簇索引：
     • 定期检查非聚簇索引的使用情况，对于长时间未使用的非聚簇索引，考虑删除，以减少空间占用和维护开销。