复合索引（Composite Index），也称为多列索引，是在数据库表的多列上创建的索引。它可以提高涉及多个列的查询性能，通过组合多个列的值来索引数据。复合索引特别适用于需要同时过滤多列的查询。

复合索引的优点

1. 提高多列查询的性能：复合索引能够优化涉及多个列的查询。
2. 支持多种查询模式：可以支持前缀列的多种组合查询。
3. 减少索引的数量：相比于为每一列创建单独的索引，复合索引可以减少索引的数量和维护开销。

1. 示例表结构

假设有一个名为 employees 的表，用于存储员工信息：

CREATE TABLE employees (emp_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,emp_name VARCHAR(100),department_id INT,salary DECIMAL(10, 2),hire_date DATE
);

2. 创建复合索引

假设我们经常需要按 department_id 和 salary 查询员工数据：

SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE department_id = 2 AND salary > 50000;

可以为 department_id 和 salary 列创建复合索引：

CREATE INDEX idx_dept_salary ON employees(department_id, salary);

3. 使用 EXPLAIN 验证复合索引

使用 EXPLAIN 分析查询的执行计划，验证是否使用了复合索引：

EXPLAIN SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE department_id = 2 AND salary > 50000;

假设 EXPLAIN 的输出如下：

+----+-------------+----------+------------+-------+----------------+-------------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys  | key         | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+-------+----------------+-------------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | employees| NULL       | ref   | idx_dept_salary| idx_dept_salary| 8   | const| 100  |   100.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+-------+----------------+-------------+---------+------+------+----------+-------------+

在 key 列中显示 idx_dept_salary 表示查询使用了复合索引。

4. 复合索引的使用规则

复合索引的顺序非常重要，因为查询优化器会根据索引列的顺序来利用索引。我们需要理解以下几种情况：

示例查询1：完全匹配索引的前缀

查询使用索引的前缀列：

SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE department_id = 2;

这查询只使用了复合索引的第一个列 department_id，仍然可以利用复合索引。

示例查询2：匹配索引的所有列

查询使用了所有的索引列：

SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE department_id = 2 AND salary > 50000;

这种查询可以完全利用复合索引。

示例查询3：不匹配索引的前缀

查询不使用索引的前缀列：

SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE salary > 50000;

这种查询无法利用复合索引，因为 department_id 是索引的前缀，但查询中并未使用。

5. 复合索引的局限性

尽管复合索引可以显著提高查询性能，但它们也有一些局限性：

1. 索引顺序重要：复合索引的列顺序会影响查询的性能，选择不当可能无法充分利用索引。
2. 增加写操作的开销：插入、更新、删除操作需要维护更多的索引，增加了写操作的开销。
3. 占用更多存储空间：复合索引会占用更多的磁盘空间。

6. 复合索引的最佳实践

1. 合理选择列顺序：将选择性高的列放在复合索引的前面，以最大化查询性能。
2. 考虑查询模式：根据常见的查询模式设计复合索引，以确保查询能够利用索引。
3. 监控和优化：使用 EXPLAIN 分析查询性能，确保查询优化器选择适当的索引。

7. 复合索引的高级示例

假设我们有一个更复杂的查询需求，涉及多个列的组合：

SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE department_id = 2 AND salary > 50000 AND hire_date > '2023-01-01';

可以为 department_id、salary 和 hire_date 列创建复合索引：

CREATE INDEX idx_dept_salary_date ON employees(department_id, salary, hire_date);

使用 EXPLAIN 分析这个查询的执行计划：

EXPLAIN SELECT emp_name, salary FROM employees WHERE department_id = 2 AND salary > 50000 AND hire_date > '2023-01-01';

假设 EXPLAIN 的输出如下：

+----+-------------+----------+------------+-------+-------------------+-------------------+---------+-------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type  | possible_keys     | key               | key_len | ref   | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+-------+-------------------+-------------------+---------+-------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | employees| NULL       | ref   | idx_dept_salary_date | idx_dept_salary_date | 12    | const | 100  |   100.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+-------+-------------------+-------------------+---------+-------+------+----------+-------------+

在 key 列中显示 idx_dept_salary_date 表示查询使用了复合索引，优化了查询性能。

小结

复合索引是数据库优化中非常强大的工具，特别适用于多列查询和复杂查询模式。通过合理设计和使用复合索引，可以显著提高查询性能，减少I/O操作，提升数据库系统的整体效率。然而，复合索引的设计需要仔细考虑列的顺序和查询模式，以确保索引能够充分发挥作用。在实际应用中，通过定期监控和优化，可以最大化复合索引的优势，确保数据库的高效运行。