在数据库系统中，索引用于加速查询处理，但在某些情况下，即使存在索引，数据库查询优化器（Query Optimizer）可能选择不使用它们。这称之为“索引失效”。以下列出了常见的索引失效场景，并进行了解析。由于这些原理是数据库相关的，而不是特定于编程语言的，因此不会涉及特定的源码或代码演示，但会涉及到查询处理的概念。

常见索引失效场景

1. 使用非索引列进行过滤：如果查询的WHERE子句使用不在索引中的列进行过滤，那么索引可能不会被使用。

2. 在索引列上进行计算或函数操作：如果在索引列上使用函数或计算，那么索引通常无法被使用。

   -- 假设对`date`列有索引
   SELECT * FROM Orders WHERE MONTH(date) = 1; -- 这将导致索引失效
   

3. 当查询不是基于索引最左侧列时：复合索引遵循最左前缀原则，如果查询不是从索引的最左侧列开始的，那么索引可能不会被使用。

   -- 假设有一个复合索引 (a, b, c)
   SELECT * FROM Table WHERE b = 1 AND c = 2; -- 如果不包含a，索引可能不会被使用
   

4. 使用LIKE模糊查询时以通配符开头：当LIKE操作以通配符开始时，索引通常无法被使用。

   SELECT * FROM Users WHERE username LIKE '%admin'; -- 以通配符开头
   

5. 如果数据类型不一致：如果查询条件中的数据类型与索引列的数据类型不一致，那么索引可能不会被使用。

   -- 假设`id`列是整型
   SELECT * FROM Users WHERE id = '123'; -- '123'是字符串类型
   

6. 如果查询返回大量数据：当查询预计将返回表中很大一部分的行时，查询优化器可能决定全表扫描比使用索引更有效。

7. 如果索引列的选择性低：选择性是指不同值的数目占总行数的比例。如果一个列的大部分行都有相同的值，那么索引的效用将降低。

8. 隐式类型转换：当SQL查询中的操作或比较涉及隐式类型转换时，可能不使用索引。

   SELECT * FROM Users WHERE char_column = 1234; -- `char_column`可能需要隐式转换为整型
   

9. OR条件与不相关的列：如果WHERE子句中使用了OR条件，且涉及到的列不都是索引的一部分，那么索引可能不会被使用。

   -- 假设`col1`有索引但`col2`没有
   SELECT * FROM MyTable WHERE col1 = 10 OR col2 = 20;
   

10. 索引未被更新：数据变动后，如果索引统计信息未被及时更新，优化器可能基于旧的统计信息决定不使用索引。

解析

实际的数据库系统如PostgreSQL、MySQL或Oracle等都有一个查询优化器，该优化器负责分析查询并决定最有效的执行计划。这个决策基于多种因素，包括索引的选择性、表的大小、数据的分布、查询条件等。

例如，假设我们有以下查询，在一个简化的查询优化器模型中，我们可以看到如果条件不符合索引的特性，它可能不会使用索引：

SELECT * FROM orders WHERE date > CURRENT_DATE - INTERVAL '1 year';

如果上述date列有索引，理论上该查询可以从索引中受益。但是，如果大量的数据满足这个条件，查询优化器可能会决定索引查找加上回表（查询实际的行数据）的成本比简单的全表扫描要高。

查询优化器通过成本模型来决定是否使用索引。这个模型基于各种统计信息，如表和索引的大小，数据的分布等。优化器的目标是减少查询的总体成本，包括CPU时间和磁盘I/O。

优化策略

为了确保索引有效，可以采取以下措施：

• 保持查询简单，并尽可能地使用索引列。
• 在进行数据比较时确保类型匹配。
• 避免在WHERE子句的索引列上使用函数或计算。
• 定期更新表的统计信息以帮助优化器做出更好的决策。

总之，理解索引失效的场景需要对数据库查询优化器如何工作有深入的理解。这通常涉及到复杂的逻辑和许多特定数据库的实现细节。如果要深入了解特定数据库系统中索引是如何工作的，通常需要阅读该系统的源代码或相关的官方文档。