阅读目录

• 一 介绍
• 二 索引的原理
• 三 索引的数据结构
• 三 MySQL索引管理
• 四 测试索引
• 五 正确使用索引
• 六 查询优化神器-explain
• 七 慢查询优化的基本步骤
• 八 慢日志管理
• 九 参考博客

一 介绍

为何要有索引?

一般的应用系统，读写比例在10:1左右，而且插入操作和一般的更新操作很少出现性能问题，在生产环境中，我们遇到最多的，也是最容易出问题的，还是一些复杂的查询操作，因此对查询语句的优化显然是重中之重。说起加速查询，就不得不提到索引了。

什么是索引？

索引在MySQL中也叫做“键”，是存储引擎用于快速找到记录的一种数据结构。索引对于良好的性能

非常关键，尤其是当表中的数据量越来越大时，索引对于性能的影响愈发重要。

索引优化应该是对查询性能优化最有效的手段了。索引能够轻易将查询性能提高好几个数量级。

索引相当于字典的音序表，如果要查某个字，如果不使用音序表，则需要从几百页中逐页去查。

40        15               35          66   6    11   19          21   39     55    100

二 索引的原理

一 索引原理

索引的目的在于提高查询效率，与我们查阅图书所用的目录是一个道理：先定位到章，然后定位到该章下的一个小节，然后找到页数。相似的例子还有：查字典，查火车车次，飞机航班等

本质都是：通过不断地缩小想要获取数据的范围来筛选出最终想要的结果，同时把随机的事件变成顺序的事件，也就是说，有了这种索引机制，我们可以总是用同一种查找方式来锁定数据。

数据库也是一样，但显然要复杂的多，因为不仅面临着等值查询，还有范围查询(>、<、between、in)、模糊查询(like)、并集查询(or)等等。数据库应该选择怎么样的方式来应对所有的问题呢？我们回想字典的例子，能不能把数据分成段，然后分段查询呢？最简单的如果1000条数据，1到100分成第一段，101到200分成第二段，201到300分成第三段......这样查第250条数据，只要找第三段就可以了，一下子去除了90%的无效数据。但如果是1千万的记录呢，分成几段比较好？稍有算法基础的同学会想到搜索树，其平均复杂度是lgN，具有不错的查询性能。但这里我们忽略了一个关键的问题，复杂度模型是基于每次相同的操作成本来考虑的。而数据库实现比较复杂，一方面数据是保存在磁盘上的，另外一方面为了提高性能，每次又可以把部分数据读入内存来计算，因为我们知道访问磁盘的成本大概是访问内存的十万倍左右，所以简单的搜索树难以满足复杂的应用场景。

二 磁盘IO与预读

前面提到了访问磁盘，那么这里先简单介绍一下磁盘IO和预读，磁盘读取数据靠的是机械运动，每次读取数据花费的时间可以分为寻道时间、旋转延迟、传输时间三个部分，寻道时间指的是磁臂移动到指定磁道所需要的时间，主流磁盘一般在5ms以下；旋转延迟就是我们经常听说的磁盘转速，比如一个磁盘7200转，表示每分钟能转7200次，也就是说1秒钟能转120次，旋转延迟就是1/120/2 = 4.17ms；传输时间指的是从磁盘读出或将数据写入磁盘的时间，一般在零点几毫秒，相对于前两个时间可以忽略不计。那么访问一次磁盘的时间，即一次磁盘IO的时间约等于5+4.17 = 9ms左右，听起来还挺不错的，但要知道一台500 -MIPS（Million Instructions Per Second）的机器每秒可以执行5亿条指令，因为指令依靠的是电的性质，换句话说执行一次IO的时间可以执行约450万条指令，数据库动辄十万百万乃至千万级数据，每次9毫秒的时间，显然是个灾难。下图是计算机硬件延迟的对比图，供大家参考：

 

考虑到磁盘IO是非常高昂的操作，计算机操作系统做了一些优化，当一次IO时，不光把当前磁盘地址的数据，而是把相邻的数据也都读取到内存缓冲区内，因为局部预读性原理告诉我们，当计算机访问一个地址的数据的时候，与其相邻的数据也会很快被访问到。每一次IO读取的数据我们称之为一页(page)。具体一页有多大数据跟操作系统有关，一般为4k或8k，也就是我们读取一页内的数据时候，实际上才发生了一次IO，这个理论对于索引的数据结构设计非常有帮助。

三 索引的数据结构

前面讲了索引的基本原理，数据库的复杂性，又讲了操作系统的相关知识，目的就是让大家了解，任何一种数据结构都不是凭空产生的，一定会有它的背景和使用场景，我们现在总结一下，我们需要这种数据结构能够做些什么，其实很简单，那就是：每次查找数据时把磁盘IO次数控制在一个很小的数量级，最好是常数数量级。那么我们就想到如果一个高度可控的多路搜索树是否能满足需求呢？就这样，b+树应运而生。

如上图，是一颗b+树，关于b+树的定义可以参见，这里只说一些重点，浅蓝色的块我们称之为一个磁盘块，可以看到每个磁盘块包含几个数据项（深蓝色所示）和指针（黄色所示），如磁盘块1包含数据项17和35，包含指针P1、P2、P3，P1表示小于17的磁盘块，P2表示在17和35之间的磁盘块，P3表示大于35的磁盘块。真实的数据存在于叶子节点即3、5、9、10、13、15、28、29、36、60、75、79、90、99。非叶子节点只不存储真实的数据，只存储指引搜索方向的数据项，如17、35并不真实存在于数据表中。

###b+树的查找过程

如图所示，如果要查找数据项29，那么首先会把磁盘块1由磁盘加载到内存，此时发生一次IO，在内存中用二分查找确定29在17和35之间，锁定磁盘块1的P2指针，内存时间因为非常短（相比磁盘的IO）可以忽略不计，通过磁盘块1的P2指针的磁盘地址把磁盘块3由磁盘加载到内存，发生第二次IO，29在26和30之间，锁定磁盘块3的P2指针，通过指针加载磁盘块8到内存，发生第三次IO，同时内存中做二分查找找到29，结束查询，总计三次IO。真实的情况是，3层的b+树可以表示上百万的数据，如果上百万的数据查找只需要三次IO，性能提高将是巨大的，如果没有索引，每个数据项都要发生一次IO，那么总共需要百万次的IO，显然成本非常非常高。

###b+树性质

1.索引字段要尽量的小：通过上面的分析，我们知道IO次数取决于b+数的高度h，假设当前数据表的数据为N，每个磁盘块的数据项的数量是m，则有h=㏒(m+1)N，当数据量N一定的情况下，m越大，h越小；而m = 磁盘块的大小 / 数据项的大小，磁盘块的大小也就是一个数据页的大小，是固定的，如果数据项占的空间越小，数据项的数量越多，树的高度越低。这就是为什么每个数据项，即索引字段要尽量的小，比如int占4字节，要比bigint8字节少一半。这也是为什么b+树要求把真实的数据放到叶子节点而不是内层节点，一旦放到内层节点，磁盘块的数据项会大幅度下降，导致树增高。当数据项等于1时将会退化成线性表。

2.索引的最左匹配特性：当b+树的数据项是复合的数据结构，比如(name,age,sex)的时候，b+数是按照从左到右的顺序来建立搜索树的，比如当(张三,20,F)这样的数据来检索的时候，b+树会优先比较name来确定下一步的所搜方向，如果name相同再依次比较age和sex，最后得到检索的数据；但当(20,F)这样的没有name的数据来的时候，b+树就不知道下一步该查哪个节点，因为建立搜索树的时候name就是第一个比较因子，必须要先根据name来搜索才能知道下一步去哪里查询。比如当(张三,F)这样的数据来检索时，b+树可以用name来指定搜索方向，但下一个字段age的缺失，所以只能把名字等于张三的数据都找到，然后再匹配性别是F的数据了， 这个是非常重要的性质，即索引的最左匹配特性。

三 MySQL索引管理

一 功能

#1. 索引的功能就是加速查找#2. mysql中的primary key，unique，联合唯一也都是索引，这些索引除了加速查找以外，还有约束的功能

二 MySQL的索引分类

普通索引INDEX：加速查找唯一索引：    -主键索引PRIMARY KEY：加速查找+约束（不为空、不能重复）    -唯一索引UNIQUE:加速查找+约束（不能重复）联合索引：    -PRIMARY KEY(id,name):联合主键索引    -UNIQUE(id,name):联合唯一索引    -INDEX(id,name):联合普通索引

举个例子来说，比如你在为某商场做一个会员卡的系统。这个系统有一个会员表有下列字段：会员编号 INT会员姓名 VARCHAR(10)会员身份证号码 VARCHAR(18)会员电话 VARCHAR(10)会员住址 VARCHAR(50)会员备注信息 TEXT那么这个 会员编号，作为主键，使用 PRIMARY会员姓名 如果要建索引的话，那么就是普通的 INDEX会员身份证号码 如果要建索引的话，那么可以选择 UNIQUE （唯一的，不允许重复）#除此之外还有全文索引，即FULLTEXT会员备注信息 ， 如果需要建索引的话，可以选择全文搜索。用于搜索很长一篇文章的时候，效果最好。用在比较短的文本，如果就一两行字的，普通的 INDEX 也可以。但其实对于全文搜索，我们并不会使用MySQL自带的该索引，而是会选择第三方软件如Sphinx，专门来做全文搜索。#其他的如空间索引SPATIAL，了解即可，几乎不用

三 索引的两大类型hash与btree

#我们可以在创建上述索引的时候，为其指定索引类型，分两类hash类型的索引：查询单条快，范围查询慢btree类型的索引：b+树，层数越多，数据量指数级增长（我们就用它，因为innodb默认支持它）#不同的存储引擎支持的索引类型也不一样InnoDB 支持事务，支持行级别锁定，支持 B-tree、Full-text 等索引，不支持 Hash 索引；MyISAM 不支持事务，支持表级别锁定，支持 B-tree、Full-text 等索引，不支持 Hash 索引；Memory 不支持事务，支持表级别锁定，支持 B-tree、Hash 等索引，不支持 Full-text 索引；NDB 支持事务，支持行级别锁定，支持 Hash 索引，不支持 B-tree、Full-text 等索引；Archive 不支持事务，支持表级别锁定，不支持 B-tree、Hash、Full-text 等索引；

四 创建/删除索引的语法

#方法一：创建表时    　　CREATE TABLE 表名 (                字段名1  数据类型 [完整性约束条件…],                字段名2  数据类型 [完整性约束条件…],                [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ]   INDEX | KEY                [索引名]  (字段名[(长度)]  [ASC |DESC])                 );#方法二：CREATE在已存在的表上创建索引        CREATE  [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ]  INDEX  索引名                      ON 表名 (字段名[(长度)]  [ASC |DESC]) ;#方法三：ALTER TABLE在已存在的表上创建索引        ALTER TABLE 表名 ADD  [UNIQUE | FULLTEXT | SPATIAL ] INDEX                             索引名 (字段名[(长度)]  [ASC |DESC]) ;                             #删除索引：DROP INDEX 索引名 ON 表名字;

四 测试索引

1 准备

#1. 准备表create table s1(id int,name varchar(20),gender char(6),email varchar(50));#2. 创建存储过程，实现批量插入记录delimiter $$ #声明存储过程的结束符号为$$create procedure auto_insert1()BEGIN    declare i int default 1;    while(i<3000000)do        insert into s1 values(i,concat('egon',i),'male',concat('egon',i,'@oldboy'));        set i=i+1;    end while;END$$ #$$结束delimiter ; #重新声明分号为结束符号#3. 查看存储过程show create procedure auto_insert1\G #4. 调用存储过程call auto_insert1();

2 在没有索引的前提下测试查询速度

#无索引：从头到尾扫描一遍，所以查询速度很慢mysql> select * from s1 where id=333;+------+---------+--------+----------------+| id   | name    | gender | email          |+------+---------+--------+----------------+|  333 | egon333 | male   | 333@oldboy.com ||  333 | egon333 | f      | alex333@oldboy ||  333 | egon333 | f      | alex333@oldboy |+------+---------+--------+----------------+3 rows in set (0.32 sec)mysql> select * from s1 where email='egon333@oldboy';....... rows in set (0.36 sec)

3 加上索引

#1. 一定是为搜索条件的字段创建索引，比如select * from t1 where age > 5;就需要为age加上索引#2. 在表中已经有大量数据的情况下，建索引会很慢，且占用硬盘空间，插入删除更新都很慢，只有查询快比如create index idx on s1(id);会扫描表中所有的数据，然后以id为数据项，创建索引结构，存放于硬盘的表中。建完以后，再查询就会很快了#3. 需要注意的是：innodb表的索引会存放于s1.ibd文件中，而myisam表的索引则会有单独的索引文件table1.MYI

ps：我们可以去mysql的data目录下找到该表，可以看到占用的硬盘空间多了

五 正确使用索引

一 并不是说我们创建了索引就一定会加快查询速度，如下索引未命中

select sql_no_cache * from s1 where email='xxx'; #命中索引，速度很快select sql_no_cache * from s1 where email like '%old%'; #无法使用索引，速度依然很慢

二 覆盖索引与索引合并

#覆盖索引：    - 在索引文件中直接获取数据    http://blog.itpub.net/22664653/viewspace-774667/#分析select * from s1 where id=123;该sql命中了索引，但未覆盖索引。利用id=123到索引的数据结构中定位到该id在硬盘中的位置，或者说再数据表中的位置。但是我们select的字段为*，除了id以外还需要其他字段，这就意味着，我们通过索引结构取到id还不够，还需要利用该id再去找到该id所在行的其他字段值，这是需要时间的，很明显，如果我们只select id，就减去了这份苦恼，如下select id from s1 where id=123;这条就是覆盖索引了，命中索引，且从索引的数据结构直接就取到了id在硬盘的地址，速度很快

#索引合并：把多个单列索引合并使用#分析：组合索引能做到的事情，我们都可以用索引合并去解决，比如create index ne on s1(name,email);#组合索引我们完全可以单独为name和email创建索引组合索引可以命中：select * from s1 where name='egon' ;select * from s1 where name='egon' and email='adf';索引合并可以命中：select * from s1 where name='egon' ;select * from s1 where email='adf';select * from s1 where name='egon' and email='adf';乍一看好像索引合并更好了：可以命中更多的情况，但其实要分情况去看，如果是name='egon' and email='adf',那么组合索引的效率要高于索引合并，如果是单条件查，那么还是用索引合并比较合理

三 若想利用索引达到预想的提高查询速度的效果，我们在添加索引时，必须遵循以下原则

#1.最左前缀匹配原则，非常重要的原则，create index ix_name_email on s1(name,email,)- 最左前缀匹配：必须按照从左到右的顺序匹配select * from s1 where name='egon'; #可以select * from s1 where name='egon' and email='asdf'; #可以select * from s1 where email='alex@oldboy.com'; #不可以mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配，比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引，d是用不到索引的，如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到，a,b,d的顺序可以任意调整。#2.=和in可以乱序，比如a = 1 and b = 2 and c = 3 建立(a,b,c)索引可以任意顺序，mysql的查询优化器会帮你优化成索引可以识别的形式#3.尽量选择区分度高的列作为索引,区分度的公式是count(distinct col)/count(*)，表示字段不重复的比例，比例越大我们扫描的记录数越少，唯一键的区分度是1，而一些状态、性别字段可能在大数据面前区分度就是0，那可能有人会问，这个比例有什么经验值吗？使用场景不同，这个值也很难确定，一般需要join的字段我们都要求是0.1以上，即平均1条扫描10条记录#4.索引列不能参与计算，保持列“干净”，比如from_unixtime(create_time) = ’2014-05-29’就不能使用到索引，原因很简单，b+树中存的都是数据表中的字段值，但进行检索时，需要把所有元素都应用函数才能比较，显然成本太大。所以语句应该写成create_time = unix_timestamp(’2014-05-29’);

最左前缀示范

mysql> select * from s1 where id>3 and name='egon' and email='alex333@oldboy.com' and gender='male';Empty set (0.39 sec)mysql> create index idx on s1(id,name,email,gender); #未遵循最左前缀Query OK, 0 rows affected (15.27 sec)Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0mysql> select * from s1 where id>3 and name='egon' and email='alex333@oldboy.com' and gender='male';Empty set (0.43 sec)mysql> drop index idx on s1;Query OK, 0 rows affected (0.16 sec)Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0mysql> create index idx on s1(name,email,gender,id); #遵循最左前缀Query OK, 0 rows affected (15.97 sec)Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0mysql> select * from s1 where id>3 and name='egon' and email='alex333@oldboy.com' and gender='male';Empty set (0.03 sec)

索引无法命中的情况需要注意：

- like '%xx'    select * from tb1 where email like '%cn';        - 使用函数    select * from tb1 where reverse(email) = 'wupeiqi';        - or    select * from tb1 where nid = 1 or name = 'seven@live.com';            特别的：当or条件中有未建立索引的列才失效，以下会走索引            select * from tb1 where nid = 1 or name = 'seven';            select * from tb1 where nid = 1 or name = 'seven@live.com' and email = 'alex'                        - 类型不一致    如果列是字符串类型，传入条件是必须用引号引起来，不然...    select * from tb1 where email = 999;    普通索引的不等于不会走索引- !=    select * from tb1 where email != 'alex'        特别的：如果是主键，则还是会走索引        select * from tb1 where nid != 123- >    select * from tb1 where email > 'alex'            特别的：如果是主键或索引是整数类型，则还是会走索引        select * from tb1 where nid > 123        select * from tb1 where num > 123                #排序条件为索引，则select字段必须也是索引字段，否则无法命中- order by    select name from s1 order by email desc;    当根据索引排序时候，select查询的字段如果不是索引，则不走索引    select email from s1 order by email desc;    特别的：如果对主键排序，则还是走索引：        select * from tb1 order by nid desc; - 组合索引最左前缀    如果组合索引为：(name,email)    name and email       -- 使用索引    name                 -- 使用索引    email                -- 不使用索引- count(1)或count(列)代替count(*)在mysql中没有差别了- create index xxxx  on tb(title(19)) #text类型，必须制定长度

其他注意事项

- 避免使用select *- count(1)或count(列) 代替 count(*)- 创建表时尽量时 char 代替 varchar- 表的字段顺序固定长度的字段优先- 组合索引代替多个单列索引（经常使用多个条件查询时）- 尽量使用短索引- 使用连接（JOIN）来代替子查询(Sub-Queries)- 连表时注意条件类型需一致- 索引散列值（重复少）不适合建索引，例：性别不适合

 

六 查询优化神器-explain

关于explain命令相信大家并不陌生，具体用法和字段含义可以参考官网，这里需要强调rows是核心指标，绝大部分rows小的语句执行一定很快（有例外，下面会讲到）。所以优化语句基本上都是在优化rows。

执行计划：让mysql预估执行操作(一般正确)    all < index < range < index_merge < ref_or_null < ref < eq_ref < system/const    id,email        慢：        select * from userinfo3 where name='alex'                explain select * from userinfo3 where name='alex'        type: ALL(全表扫描)            select * from userinfo3 limit 1;    快：        select * from userinfo3 where email='alex'        type: const(走索引)

http://blog.itpub.net/29773961/viewspace-1767044/

七 慢查询优化的基本步骤

0.先运行看看是否真的很慢，注意设置SQL_NO_CACHE1.where条件单表查，锁定最小返回记录表。这句话的意思是把查询语句的where都应用到表中返回的记录数最小的表开始查起，单表每个字段分别查询，看哪个字段的区分度最高2.explain查看执行计划，是否与1预期一致（从锁定记录较少的表开始查询）3.order by limit 形式的sql语句让排序的表优先查4.了解业务方使用场景5.加索引时参照建索引的几大原则6.观察结果，不符合预期继续从0分析

八 慢日志管理(DBA用来测试查询效率）

慢日志            - 执行时间 > 10            - 未命中索引            - 日志文件路径                    配置：            - 内存                show variables like '%query%';                show variables like '%queries%';                set global 变量名 = 值            - 配置文件                mysqld --defaults-file='E:\wupeiqi\mysql-5.7.16-winx64\mysql-5.7.16-winx64\my-default.ini'                                my.conf内容：                    slow_query_log = ON                    slow_query_log_file = D:/....                                    注意：修改配置文件之后，需要重启服务

MySQL日志管理========================================================错误日志: 记录 MySQL 服务器启动、关闭及运行错误等信息二进制日志: 又称binlog日志，以二进制文件的方式记录数据库中除 SELECT 以外的操作查询日志: 记录查询的信息慢查询日志: 记录执行时间超过指定时间的操作中继日志： 备库将主库的二进制日志复制到自己的中继日志中，从而在本地进行重放通用日志： 审计哪个账号、在哪个时段、做了哪些事件事务日志或称redo日志： 记录Innodb事务相关的如事务执行时间、检查点等========================================================一、bin-log1. 启用# vim /etc/my.cnf[mysqld]log-bin[=dir\[filename]]# service mysqld restart2. 暂停//仅当前会话SET SQL_LOG_BIN=0;SET SQL_LOG_BIN=1;3. 查看查看全部：# mysqlbinlog mysql.000002按时间：# mysqlbinlog mysql.000002 --start-datetime="2012-12-05 10:02:56"# mysqlbinlog mysql.000002 --stop-datetime="2012-12-05 11:02:54"# mysqlbinlog mysql.000002 --start-datetime="2012-12-05 10:02:56" --stop-datetime="2012-12-05 11:02:54" 按字节数：# mysqlbinlog mysql.000002 --start-position=260# mysqlbinlog mysql.000002 --stop-position=260# mysqlbinlog mysql.000002 --start-position=260 --stop-position=9304. 截断bin-log（产生新的bin-log文件）a. 重启mysql服务器b. # mysql -uroot -p123 -e 'flush logs'5. 删除bin-log文件# mysql -uroot -p123 -e 'reset master' 二、查询日志启用通用查询日志# vim /etc/my.cnf[mysqld]log[=dir\[filename]]# service mysqld restart三、慢查询日志启用慢查询日志# vim /etc/my.cnf[mysqld]log-slow-queries[=dir\[filename]]long_query_time=n# service mysqld restartMySQL 5.6:slow-query-log=1slow-query-log-file=slow.loglong_query_time=3查看慢查询日志测试:BENCHMARK(count,expr)SELECT BENCHMARK(50000000,2*3);

九 参考博客

https://tech.meituan.com/mysql-index.html 

http://blog.itpub.net/29773961/viewspace-1767044/

http://www.cnblogs.com/wupeiqi/articles/5716963.html

http://www.cnblogs.com/hustcat/archive/2009/10/28/1591648.html

http://www.cnblogs.com/mr-wid/archive/2013/05/09/3068229.html

http://www.cnblogs.com/kissdodog/p/4159176.html

http://blog.csdn.net/ggxxkkll/article/details/7551766

http://blog.itpub.net/26435490/viewspace-1133659/

http://pymysql.readthedocs.io/en/latest/user/examples.html

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http://doc.mysql.cn/mysql5/refman-5.1-zh.html-chapter/

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http://www.php100.com/html/webkaifa/database/Mysql/2013/0316/12223.html

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http://lib.csdn.net/base/mysql

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http://www.cnblogs.com/edisonchou/p/3878135.html?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

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http://www.open-open.com/doc/view/48c510607ab84fd8b87b158c3fe9d177

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http://wribao.php230.com/category/news/1138254.html

http://www.iqiyi.com/w_19rqqds1ut.html

http://wenku.baidu.com/link?url=7Grxv0cQ_a00Ni2ZEU_cbDk2Wd2VTzlnS2UPKST3OF4oDqoLUQ2rQpOmK8ap12RDnXbnNs6gbY8DXVvWmo9bMxjWGS_vkhYus22ghAZYuES

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http://blog.chinaunix.net/uid-540802-id-3419311.html

http://my.oschina.net/scipio/blog/293052

http://blog.itpub.net/29773961/viewspace-1767044/

http://my.oschina.net/lionets/blog/407263