Mysql【索引覆盖、索引下推、索引合并、索引跳跃】介绍

索引覆盖、索引下推、索引合并、索引跳跃都是Mysql对索引的优化手段，它们的思想就是尽量让查询数据走索引，那它们有什么区别呢？

一、首先介绍一下MySQL体系结构

上图来自MySQL官方文档。
通常把MySQL从上至下分为以下几层：

MySQL服务层：包括NoSQL和SQL接口、查询解析器、优化器、缓存和Buffer等组件。
存储引擎层：各种插件式的表格存储引擎，实现事务、索引等各种存储引擎相关的特性。
文件系统层: 读写物理文件。

MySQL服务层负责SQL语法解析、触发器、视图、内置函数、binlog、生成执行计划等，并调用存储引擎层去执行数据的存储和检索。我们后续说到的“索引下推”，它的“下”其实就是指将部分上层（服务层）负责的事情，交给了下层（存储引擎）去处理。

二、再介绍一下它们的概念

1、索引覆盖（Index Covering）：索引覆盖是指查询的列包含在索引中，而不需要再次访问数据行。换句话说，查询可以直接从索引中获取所需的数据，而不必去查找实际的数据行。这样可以减少I/O操作，提高查询性能。

2、索引下推（Index Pushdown）：索引下推是MySQL5.6中的新技术，是一种数据库查询优化技术，它利用了数据库引擎中的索引和过滤条件，将部分过滤工作下推到存储引擎层面进行处理，从而减少不必要的数据读取和传输。

在传统的查询执行过程中，数据库引擎首先根据索引定位到符合过滤条件的数据行，并将这些数据行读取到内存中，然后再进一步进行过滤操作。而索引下推则再这一步骤中尽可能将过滤操作下推到存储引擎层面，避免将不符合条件的数据行读取到内存中，减少了IO次数。

索引下推（简称ICP）的条件：

只能用于二级索引(secondary index)；
explain显示的执行计划中type值（join 类型）为 range 、ref 、 eq_ref 或者 ref_or_null ；
并非全部where条件都可以用ICP筛选，如果where条件的字段不在索引列中，还是要读取整表的记录到server端做where过滤；
ICP只可以用于MyISAM和InnnoDB存储引擎；

通过一下命令开启/关闭索引下推（mysql 5.6之后默认开启）

set optimizer_switch="index_condition_pushdown=off";

set optimizer_switch="index_condition_pushdown=on";

3、索引合并（Index Merge）：索引合并是指数据库系统在执行查询时，利用多个索引来加速查询的过程。它通过同时使用多个索引，并将它们的结果合并，来获取最终的查询结果。索引合并通常在数据库系统无法选择一个最优的单一索引来满足查询需求时使用。

索引合并又包含三个算法，在explain中显示：

using intersect：
index merge intersection access algorithm（索引合并交集访问算法）。
对于每一个使用到的索引进行查询，查询主键值集合，然后进行合并，求交集，也就是AND运算。

using union：
index merge union access algorithm（索引合并并集访问算法）
容易看出，与上述的算法类似，不过是使用了or连接条件，求并集。
执行流程与index merge intersect 类似，依旧是查询了有序的主键集合，然后进行求并集。

using sort_union：
index merge sort sort-union access algorithm （索引合并排序并集访问算法）
根据索引查询得到主键集合，对于每个主键集合进行排序，然后求并集。

4、索引跳跃（Index Skip Scan）：索引跳跃是一种优化技术，用于在多列索引中查找数据，即使查询不是以索引的第一列开始。当索引的第一列选择性很差时，索引跳跃可以跳过该列，并在后续列上进行查找。这可以减少所需的索引扫描次数，从而提高查询性能。

我们可以通过SHOW VARIABLES like '%optimizer_switch%'查看它们的开启情况

index_merge=on（是否开启索引合并）,

index_merge_union=on（索引合并中的并集操作）,

index_merge_sort_union=on（索引合并中的排序并集操作）,

index_merge_intersection=on（索引合并中的交集操作）,

engine_condition_pushdown=on（是否开启引擎条件下推功能）,

index_condition_pushdown=on（索引条件下推）,

mrr=on,mrr_cost_based=on,block_nested_loop=on,

batched_key_access=off,materialization=on,

semijoin=on,loosescan=on,firstmatch=on,duplicateweedout=on,

subquery_materialization_cost_based=on,use_index_extensions=on,

condition_fanout_filter=on,derived_merge=on,use_invisible_indexes=off,

skip_scan=on（索引跳跃）,

hash_join=on,subquery_to_derived=off,prefer_ordering_index=on,

hypergraph_optimizer=off,derived_condition_pushdown=on

三、接下来创建一张员工表分别模拟一下这四个场景

1、首先我们创建了一个名为 employees 的表并创建相关索引，有 id、name、age 和 department 四个字段。

-- 创建员工表
CREATE TABLE employees (
ID int NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(50),
age int,
department VARCHAR(50)
);

-- 创建name 和 age 列的联合索引
CREATE INDEX idx_name_age ON employees (name, age);

-- 创建部门列的单列索引
CREATE INDEX idx_department ON employees (department);

-- 创建覆盖了 name 和 department 列的联合索引
CREATE INDEX idx_name_department ON employees (name, department);

-- 创建年龄列的单列索引
CREATE INDEX idx_age ON employees (age);

2、加入一些模拟数据，向数据库插入20条数据

INSERT INTO employees (name, age, department) VALUES
('张三', 30, '人力资源部'),
('李四', 25, '市场部'),
('王五', 35, '财务部'),
('赵六', 28, '信息技术部'),
('刘七', 32, '人力资源部'),
('陈八', 27, '市场部'),
('周九', 40, '财务部'),
('吴十', 26, '信息技术部'),
('郑十一', 33, '人力资源部'),
('孙十二', 29, '市场部'),
('朱十三', 38, '财务部'),
('冯十四', 24, '信息技术部'),
('田十五', 31, '人力资源部'),
('马十六', 26, '市场部'),
('韩十七', 37, '财务部'),
('顾十八', 23, '信息技术部'),
('张十九', 29, '人力资源部'),
('李二十', 28, '市场部'),
('王二十一', 39, '财务部'),
('赵二十二', 27, '信息技术部');