MySQL前沿技术与新特性之：`MySQL 8.0`的`Descending Indexes`：其在排序查询中的优化。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL 8.0 Descending Indexes：排序查询的福音

大家好，我是今天的讲师，很高兴和大家一起探讨MySQL 8.0中一个非常重要的特性：降序索引（Descending Indexes）。在MySQL 8.0之前，无论你创建索引时指定ASC还是DESC，MySQL实际上都是按照升序存储索引的。这导致在某些涉及降序排序的查询中，优化器无法充分利用索引，从而影响查询性能。MySQL 8.0引入了真正的降序索引，极大地改善了这种状况。

传统索引的局限性

在MySQL 8.0之前，我们创建索引的方式如下：

CREATE INDEX idx_col ON table_name (column_name ASC);
CREATE INDEX idx_col_desc ON table_name (column_name DESC);

虽然你可以使用DESC关键字来定义索引，但MySQL实际上忽略了它，索引仍然以升序方式存储。这意味着，对于需要降序排序的查询，MySQL可能会选择以下两种策略：

正向扫描索引 + filesort： MySQL首先正向扫描索引获取结果，然后使用filesort对结果进行排序。filesort通常需要在磁盘上进行，效率较低。
反向扫描索引 + filesort： MySQL从索引的末尾开始反向扫描，这相当于对升序索引进行反向读取。虽然避免了完全的filesort，但仍然不是最优方案，因为索引的设计初衷是加速正向扫描。

这两种策略都可能导致查询性能下降，尤其是在数据量大的情况下。

Descending Indexes的优势

MySQL 8.0的降序索引解决了上述问题。现在，当你使用DESC关键字创建索引时，MySQL会真正按照降序方式存储索引。

CREATE INDEX idx_col_desc ON table_name (column_name DESC);

这意味着，对于涉及降序排序的查询，MySQL可以直接使用降序索引，无需额外的filesort操作，也无需反向扫描升序索引。这显著提高了查询效率，尤其是在以下场景中：

ORDER BY ... DESC: 当查询需要按照某个或多个列进行降序排序时。
组合索引中的降序列： 当组合索引中的某些列需要降序排序时。
窗口函数中的排序： 当窗口函数需要按照某个列进行降序排序时。

创建Descending Indexes

创建降序索引的语法非常简单，只需在CREATE INDEX语句中使用DESC关键字即可。

CREATE TABLE employees (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    salary DECIMAL(10, 2),
    hire_date DATE
);

-- 创建一个降序索引
CREATE INDEX idx_salary_desc ON employees (salary DESC);

-- 创建一个组合索引，其中salary降序，hire_date升序
CREATE INDEX idx_salary_hire_desc_asc ON employees (salary DESC, hire_date ASC);

需要注意的是，降序索引并非总是最佳选择。你需要根据具体的查询需求和数据分布来决定是否使用降序索引。通常情况下，如果你的查询经常需要对某个列进行降序排序，那么降序索引可能是一个不错的选择。

使用场景示例

我们通过一些具体的例子来演示降序索引的优势。

示例 1：单列降序排序

-- 插入一些数据
INSERT INTO employees (id, name, salary, hire_date) VALUES
(1, 'Alice', 50000, '2020-01-01'),
(2, 'Bob', 60000, '2019-06-01'),
(3, 'Charlie', 70000, '2018-12-01'),
(4, 'David', 55000, '2020-03-01'),
(5, 'Eve', 65000, '2019-09-01');

-- 查询工资最高的员工
EXPLAIN SELECT * FROM employees ORDER BY salary DESC LIMIT 1;

在没有降序索引的情况下，EXPLAIN输出可能会显示使用了filesort。创建降序索引后：

CREATE INDEX idx_salary_desc ON employees (salary DESC);

EXPLAIN SELECT * FROM employees ORDER BY salary DESC LIMIT 1;

EXPLAIN输出会显示使用了索引，不再需要filesort。这将显著提高查询效率，尤其是在employees表非常大的情况下。

示例 2：组合索引中的降序列

-- 查询工资最高的员工，并按照入职时间升序排列
EXPLAIN SELECT * FROM employees ORDER BY salary DESC, hire_date ASC LIMIT 1;

如果没有合适的索引，EXPLAIN输出可能会显示filesort。创建包含降序列的组合索引：

CREATE INDEX idx_salary_hire_desc_asc ON employees (salary DESC, hire_date ASC);

EXPLAIN SELECT * FROM employees ORDER BY salary DESC, hire_date ASC LIMIT 1;

EXPLAIN输出会显示使用了索引，避免了filesort。

示例 3：窗口函数中的排序

-- 计算每个员工的工资排名
EXPLAIN SELECT
    id,
    name,
    salary,
    RANK() OVER (ORDER BY salary DESC) AS salary_rank
FROM employees;

在没有降序索引的情况下，窗口函数中的排序可能会导致性能问题。创建降序索引后：

CREATE INDEX idx_salary_desc ON employees (salary DESC);

EXPLAIN SELECT
    id,
    name,
    salary,
    RANK() OVER (ORDER BY salary DESC) AS salary_rank
FROM employees;

虽然EXPLAIN输出可能不会直接显示使用了索引，但实际上降序索引可以帮助优化器更好地执行窗口函数中的排序操作。

验证Descending Indexes的效果

除了使用EXPLAIN分析查询计划外，还可以通过性能测试来验证降序索引的效果。

-- 创建一个更大的表
CREATE TABLE large_employees AS SELECT * FROM employees;
INSERT INTO large_employees SELECT * FROM large_employees;
INSERT INTO large_employees SELECT * FROM large_employees;
INSERT INTO large_employees SELECT * FROM large_employees;
INSERT INTO large_employees SELECT * FROM large_employees; -- 表现在大了 32 倍

-- 没有降序索引的情况
DROP INDEX IF EXISTS idx_salary_desc ON large_employees;

-- 性能测试
SELECT * FROM large_employees ORDER BY salary DESC LIMIT 1; -- 记录执行时间

-- 创建降序索引
CREATE INDEX idx_salary_desc ON large_employees (salary DESC);

-- 性能测试
SELECT * FROM large_employees ORDER BY salary DESC LIMIT 1; -- 记录执行时间

比较两种情况下的执行时间，可以明显看到降序索引带来的性能提升。

Descending Indexes的限制和注意事项

虽然降序索引是一个非常有用的特性，但也存在一些限制和注意事项：

存储空间： 降序索引会占用额外的存储空间，因为需要单独存储一份降序排列的索引。
写入性能： 创建和维护降序索引会增加写入操作的开销，因为每次写入都需要更新索引。
不适用于所有情况： 降序索引并非总是最佳选择。你需要根据具体的查询需求和数据分布来决定是否使用降序索引。
MySQL 版本： 降序索引是 MySQL 8.0 的新特性，之前的版本不支持。
索引类型： 某些索引类型可能不支持降序索引。你需要查阅 MySQL 的官方文档，了解具体的支持情况。
选择性： 索引的选择性越高，使用索引的效果越好。如果某个列的重复值很多，那么降序索引的效果可能不明显。

Descending Indexes的内部实现

MySQL 8.0 的降序索引实际上是通过在 B+ 树的叶子节点中存储降序排列的数据来实现的。这意味着，MySQL 可以直接按照降序方式遍历索引，而无需额外的排序操作。

在传统的升序索引中，叶子节点按照升序排列，当需要进行降序排序时，MySQL 需要反向扫描索引或者使用 filesort。而在降序索引中，叶子节点直接按照降序排列，因此可以直接进行降序扫描，从而提高查询效率。

总结：Descending Indexes让排序查询更快

MySQL 8.0 的降序索引是一个非常有用的特性，可以显著提高涉及降序排序的查询的性能。通过创建降序索引，MySQL 可以直接按照降序方式遍历索引，避免了额外的 filesort 操作和反向扫描升序索引，从而提高了查询效率。但是，降序索引并非总是最佳选择，你需要根据具体的查询需求和数据分布来决定是否使用降序索引。

希望今天的讲解对你有所帮助。谢谢大家！