面试题：MySQL中索引是如何提升查询性能的，请阐述其原理

Question

在MySQL数据库里，索引对提升查询性能起着关键作用。请详细说明索引提升查询性能的原理，并且举例说明普通索引和唯一索引在提升性能方面可能存在的差异。

Answer 1

索引提升查询性能的原理

1. 数据结构：MySQL 中常用的索引数据结构是 B+ 树（InnoDB 存储引擎默认）。B+ 树将数据按照一定顺序组织，每个节点包含多个键值对和指向子节点的指针。通过这种结构，数据库系统可以快速定位到目标数据所在的位置，而无需全表扫描。例如，在一个包含大量用户记录的表中，若在 user_id 字段上建立索引，当查询特定 user_id 的记录时，就可以通过 B+ 树的快速查找功能，迅速定位到对应记录所在的磁盘块。
2. 减少磁盘 I/O：全表扫描需要读取整个表的数据，这会产生大量的磁盘 I/O 操作。而索引通常比数据本身小得多，通过索引定位数据，可以大大减少需要读取的磁盘块数量。例如，对于一个百万行数据的表，全表扫描可能需要读取数千个磁盘块，而使用索引可能只需读取几个磁盘块就能找到目标数据，从而显著提升查询性能。

普通索引和唯一索引在提升性能方面的差异

1. 普通索引：
   • 特点：允许索引列存在重复值。
   • 性能提升：在查询时，普通索引可以减少全表扫描的范围。例如，在一个商品表 products 中，对 category 字段建立普通索引，当执行 SELECT * FROM products WHERE category = 'electronics'; 这样的查询时，数据库可以利用索引快速定位到所有 category 为 electronics 的记录，而不需要扫描整个表。但如果 category 列存在大量重复值，索引的效果可能会打折扣，因为可能需要遍历多个索引节点才能找到所有符合条件的记录。
2. 唯一索引：
   • 特点：索引列的值必须唯一，不允许重复。
   • 性能提升：由于唯一性，当使用唯一索引进行查询时，一旦找到匹配的记录，数据库就可以立即停止查找。例如，在用户表 users 中，对 email 字段建立唯一索引，当执行 SELECT * FROM users WHERE email = '[e-mail]'; 这样的查询时，一旦在索引中找到 email 为 [e-mail] 的记录，就无需继续查找，因为唯一索引保证了不会有其他相同 email 的记录。这使得唯一索引在查询特定值时，性能可能比普通索引更好，特别是在索引列重复值较少的情况下。同时，唯一索引还可以用于数据完整性约束，防止重复数据插入。