面试题：MySQL索引优化：专家难度之索引设计与高并发场景

Question

在一个高并发的电商系统中，有商品表products（包含product_id、product_name、price、stock等字段），订单表orders（包含order_id、customer_id、product_id、quantity、order_time等字段）。在高并发读写场景下，如何设计索引以确保查询性能和系统的并发处理能力？请详细说明索引设计思路，以及在高并发环境下可能遇到的索引相关问题及解决方案。

Answer 1

索引设计思路

1. 商品表products
   • product_id：创建主键索引，因为在订单表中关联商品表会频繁使用商品ID，主键索引可快速定位商品记录，同时确保商品ID的唯一性。在高并发查询商品详情等操作时，基于主键索引能快速返回数据。
   • price：若存在按价格范围查询商品的场景，如查询价格在某个区间的商品，可创建普通索引。这有助于在高并发下快速筛选出符合价格条件的商品。
   • stock：若有基于库存的查询需求，如查询库存低于某个阈值的商品，创建普通索引可加速此类查询。在高并发场景下，对库存相关的预警等操作能快速获取数据。
2. 订单表orders
   • order_id：创建主键索引，保证订单ID的唯一性，且在查询单个订单详情等操作时能快速定位。在高并发读取订单信息时，主键索引能提高查询效率。
   • customer_id：若经常需要根据客户ID查询该客户的所有订单，创建普通索引。在高并发场景下，如客户查看自己订单列表时，可快速定位相关订单记录。
   • product_id：创建普通索引，因为订单表与商品表通过product_id关联，在处理订单时可能需要快速根据商品ID找到对应的商品信息，在高并发订单处理时可加速这种关联查询。
   • order_time：若有按订单时间范围查询订单的需求，如查询近一周内的订单，创建普通索引能加快此类查询速度。在高并发的统计等操作中，按时间范围查询订单数据时能提高效率。

高并发环境下可能遇到的索引相关问题及解决方案

1. 索引维护开销大
   • 问题描述：在高并发写入场景下，对表进行插入、更新、删除操作时，数据库需要同时维护索引，这会增加系统开销，影响并发处理能力。例如大量订单数据的插入，不仅要写入订单表，还要更新相关索引。
   • 解决方案：采用批量操作，减少索引维护次数。例如将多个订单插入操作合并为一次批量插入，这样数据库只需在批量操作完成后维护一次索引。另外，可以在业务低峰期进行索引重建或优化操作，以减少对正常业务的影响。
2. 锁争用
   • 问题描述：高并发下，多个事务可能同时对包含索引的表进行操作，导致锁争用。比如一个事务在更新商品库存（涉及stock索引），另一个事务同时查询库存相关数据，可能会等待锁释放，降低并发性能。
   • 解决方案：优化事务隔离级别，根据业务场景选择合适的隔离级别，如读提交（Read Committed）或可重复读（Repeatable Read），以减少锁的持有时间。同时，合理设计事务，尽量缩短事务的执行时间，避免长时间持有锁。
3. 索引膨胀
   • 问题描述：随着数据量的不断增长，索引占用的存储空间也会不断增大，可能导致内存不足等问题，影响查询性能。
   • 解决方案：定期对索引进行分析和优化，删除不必要的索引。例如某些索引在业务变更后不再使用，及时删除可减少索引存储空间占用。同时，可以考虑使用更紧凑的索引结构，如前缀索引，在保证查询性能的前提下减少索引空间占用。