数据库查询优化中的索引合并（Index Merge）优化

描述
索引合并（Index Merge）是一种查询优化技术，当查询的WHERE子句包含多个条件，并且每个条件都可以利用不同的索引进行过滤时，优化器可能会选择同时使用多个索引。数据库会分别从这些索引中扫描并获取满足各自条件的行ID（RowID），然后根据条件的逻辑关系（AND或OR）对这些行ID集合进行合并（交集、并集等操作），最后通过合并后的行ID回表读取完整的数据行。这种技术旨在避免全表扫描，特别是在没有单个复合索引可以覆盖所有查询条件的情况下。

解题过程

1. 理解适用场景

   • 索引合并通常适用于WHERE子句包含多个条件，且这些条件分别涉及不同的列。
   • 每个条件上都存在可用的索引（单列索引或复合索引的前缀）。
   • 条件之间通过AND或OR连接。
   • 例如，查询 SELECT * FROM t WHERE a = 1 AND b = 2，如果表t在列a和列b上分别有单列索引，但不存在(a,b)或(b,a)的复合索引，那么优化器可能会考虑使用索引合并。

2. 索引合并的基本类型
   根据条件的逻辑关系，索引合并主要分为两种：

   • 交集访问（Index Merge Intersection）：当条件通过AND连接时使用。数据库会分别使用各个索引查找满足条件的行ID，然后取这些行ID集合的交集，最后回表读取数据。这可以减少回表次数，因为只有同时满足所有条件的行才需要被读取。
   • 并集访问（Index Merge Union）：当条件通过OR连接时使用。数据库会分别使用各个索引查找满足条件的行ID，然后取这些行ID集合的并集，最后回表读取数据。这适用于OR条件，其中每个条件都能通过索引快速过滤。

3. 索引合并的执行步骤

   • 步骤1：索引扫描：优化器为WHERE子句中的每个可索引条件分别选择一个索引，并执行索引范围扫描或等值扫描，获取满足该条件的行ID列表。
   • 步骤2：行ID合并：根据条件的逻辑关系（AND或OR），对步骤1中得到的多个行ID集合进行合并操作。对于AND条件，取交集；对于OR条件，取并集。
   • 步骤3：回表读取：根据合并后的行ID集合，到主键索引（或聚簇索引）中查找对应的完整数据行。
   • 步骤4：结果返回：将读取到的数据行返回给用户。

4. 索引合并的代价考量

   • 优点：避免了全表扫描，尤其在过滤条件具有较高选择性的情况下，可以显著减少需要扫描的数据量。
   • 缺点：索引合并涉及多次索引扫描和行ID的合并操作，这些操作本身有开销。如果合并后需要回表的行数非常多，或者索引的选择性不高，那么索引合并的效率可能不如直接使用全表扫描或使用一个更合适的复合索引。
   • 优化器会基于代价模型（Cost Model）来估算索引合并的代价，并与全表扫描、使用单个复合索引等其他执行计划进行比较，选择代价最小的计划。

5. 索引合并的优化提示

   • 如果查询模式固定且频繁，创建覆盖查询条件的复合索引通常比依赖索引合并更高效，因为复合索引可以避免回表操作（如果索引覆盖了所有查询字段）或行ID合并的开销。
   • 在某些数据库系统中（如MySQL），可以通过优化器提示（例如 INDEX_MERGE）来强制或禁止优化器使用索引合并。
   • 监控查询的执行计划，如果发现索引合并的效率不高，可以考虑调整索引策略或使用查询重写。

通过理解索引合并的原理和适用场景，您可以更好地设计索引和编写查询，以充分利用数据库的优化器能力，提升查询性能。