資料庫索引

Haskei發表於2020-12-09


索引是對資料庫表中一列或多列的值進行排序的一種結構,使用索引可快速訪問資料庫表中的特定資訊。

  SQL Server的B樹結構

SQL Server的B樹結構

編輯本段索引

  資料庫索引好比是一本書前面的目錄,能加快資料庫的查詢速度。
  例如這樣一個查詢:select * from table1 where id=44。如果沒有索引,必須遍歷整個表,直到ID等於44的這一行被找到為止;有了索引之後(必須是在ID這一列上建立的索引),直接在索引裡面找44(也就是在ID這一列找),就可以得知這一行的位置,也就是找到了這一行。可見,索引是用來定位的。
  索引分為聚簇索引非聚簇索引兩種,聚簇索引 是按照資料存放的物理位置為順序的,而非聚簇索引就不一樣了;聚簇索引能提高多行檢索的速度,而非聚簇索引對於單行的檢索很快。

編輯本段索引的優缺點

概述

  建立索引的目的是加快對錶中記錄的查詢排序。
  為表設定索引要付出代價的:一是增加了資料庫的儲存空間,二是在插入和修改資料時要花費較多的時間(因為索引也要隨之變動)。

詳述

  建立索引可以大大提高系統的效能。第一,通過建立唯一性索引,可以保證資料庫表中每一行資料的唯一性。第二,可以大大加快資料的檢索速度,這也是建立索引的最主要的原因。第三,可以加速表和表之間的連線,特別是在實現資料的參考完整性方面特別有意義。第四,在使用分組和排序子句進行資料檢索時,同樣可以顯著減少查詢中分組和排序的時間。第五,通過使用索引,可以在查詢的過程中,使用優化隱藏器,提高系統的效能。
  也許會有人要問:增加索引有如此多的優點,為什麼不對錶中的每一個列建立一個索引呢?因為,增加索引也有許多不利的方面。第一,建立索引和維護索引要耗費時間,這種時間隨著資料量的增加而增加。第二,索引需要佔物理空間,除了資料表佔資料空間之外,每一個索引還要佔一定的物理空間,如果要建立聚簇索引,那麼需要的空間就會更大。第三,當對錶中的資料進行增加、刪除和修改的時候,索引也要動態的維護,這樣就降低了資料的維護速度。
  索引是建立在資料庫表中的某些列的上面。在建立索引的時候,應該考慮在哪些列上可以建立索引,在哪些列上不能建立索引。一般來說,應該在這些列上建立索引:
  在經常需要搜尋的列上,可以加快搜尋的速度;
  在作為主鍵的列上,強制該列的唯一性和組織表中資料的排列結構;
  在經常用在連線的列上,這些列主要是一些外來鍵,可以加快連線的速度;在經常需要根據範圍進行搜尋的列上建立索引,因為索引已經排序,其指定的範圍是連續的;
  在經常需要排序的列上建立索引,因為索引已經排序,這樣查詢可以利用索引的排序,加快排序查詢時間;
  在經常使用在WHERE子句中的列上面建立索引,加快條件的判斷速度。
  同樣,對於有些列不應該建立索引。一般來說,不應該建立索引的的這些列具有下列特點:
  第一,對於那些在查詢中很少使用或者參考的列不應該建立索引。這是因為,既然這些列很少使用到,因此有索引或者無索引,並不能提高查詢速度。相反,由於增加了索引,反而降低了系統的維護速度和增大了空間需求。
  第二,對於那些只有很少資料值的列也不應該增加索引。這是因為,由於這些列的取值很少,例如人事表的性別列,在查詢的結果中,結果集的資料行佔了表中資料行的很大比例,即需要在表中搜尋的資料行的比例很大。增加索引,並不能明顯加快檢索速度。
  第三,對於那些定義為text, image和bit資料型別的列不應該增加索引。這是因為,這些列的資料量要麼相當大,要麼取值很少,不利於使用索引。
  第四,當修改效能遠遠大於檢索效能時,不應該建立索引。這是因為,修改效能和檢索效能是互相矛盾的。當增加索引時,會提高檢索效能,但是會降低修改效能。當減少索引時,會提高修改效能,降低檢索效能。因此,當修改操作遠遠多於檢索操作時,不應該建立索引。

編輯本段索引列

  可以基於資料庫表中的單列或多列建立索引。多列索引可以區分其中一列可能有相同值的行。
  如果經常同時搜尋兩列或多列或按兩列或多列排序時,索引也很有幫助。例如,如果經常在同一查詢中為姓和名兩列設定判據,那麼在這兩列上建立多列索引將很有意義。
  確定索引的有效性:
  檢查查詢的WHERE和JOIN子句。在任一子句中包括的每一列都是索引可以選擇的物件。
  對新索引進行試驗以檢查它對執行查詢效能的影響。
  考慮已在表上建立的索引數量。最好避免在單個表上有很多索引。
  檢查已在表上建立的索引的定義。最好避免包含共享列的重疊索引。
  檢查某列中唯一資料值的數量,並將該數量與表中的行數進行比較。比較的結果就是該列的可選擇性,這有助於確定該列是否適合建立索引,如果適合,確定索引的型別。

編輯本段型別

  根據資料庫的功能,可以在資料庫設計器中建立三種索引:唯一索引、主鍵索引和聚集索引。有關資料庫所支援的索引功能的詳細資訊,請參見資料庫文件。
  提示:儘管唯一索引有助於定位資訊,但為獲得最佳效能結果,建議改用主鍵唯一約束
  唯一索引 唯一索引是不允許其中任何兩行具有相同索引值的索引。
  當現有資料中存在重複的鍵值時,大多數資料庫不允許將新建立的唯一索引與表一起儲存。資料庫還可能防止新增將在表中建立重複鍵值的新資料。例如,如果在employee表中職員的姓(lname)上建立了唯一索引,則任何兩個員工都不能同姓。
  主鍵索引
  資料庫表經常有一列或列組合,其值唯一標識表中的每一行。該列稱為表的主鍵。
  在資料庫關係圖中為表定義主鍵將自動建立主鍵索引,主鍵索引是唯一索引的特定型別。該索引要求主鍵中的每個值都唯一。當在查詢中使用主鍵索引時,它還允許對資料的快速訪問。
  聚集索引
  在聚集索引中,表中行的物理順序與鍵值的邏輯(索引)順序相同。一個表只能包含一個聚集索引。
  如果某索引不是聚集索引,則表中行的物理順序與鍵值的邏輯順序不匹配。與非聚集索引相比,聚集索引通常提供更快的資料訪問速度。

編輯本段建立索引

  最普通的情況,是為出現在where子句的欄位建一個索引。為方便講述,先建立一個如下的表。
  CREATETABLEmytable(
  idserial primary key,
  category_id int not null default0,
  user_id int not null default0,
  adddate int not null default0
  );
  如果在查詢時常用類似以下的語句:
  SELECT * FROM mytable WHERE category_id=1;
  最直接的應對之道,是為category_id建立一個簡單的索引:
  CREATE INDEX mytable_categoryid ON mytable (category_id);
  OK.如果有不止一個選擇條件呢?例如:
  SELECT * FROM mytable WHERE category_id=1 AND user_id=2;
  第一反應可能是,再給user_id建立一個索引。不好,這不是一個最佳的方法。可以建立多重的索引。
  CREATE INDEX mytable_categoryid_userid ON mytable(category_id,user_id);
  注意到在命名時的習慣了嗎?使用"表名_欄位1名_欄位2名"的方式。很快就會知道為什麼這樣做了。
  現在已經為適當的欄位建立了索引,不過,還是有點不放心吧,可能會問,資料庫會真正用到這些索引嗎?測試一下就OK,對於大多數的資料庫來說,這是很容易的,只要使用EXPLAIN命令:
  EXPLAIN
  SELECT * FROM mytable
  WHERE category_id=1 AND user_id=2;
  This is what Postgres 7.1 returns (exactlyasI expected)
  NOTICE:QUERY PLAN:
  Index Scan using mytable_categoryid_useridon
  mytable(cost=0.00..2.02 rows=1 width=16)
  EXPLAIN
  以上是postgres的資料,可以看到該資料庫在查詢的時候使用了一個索引(一個好開始),而且它使用的是建立的第二個索引。看到上面命名的好處了吧,馬上知道它使用適當的索引了。
  接著,來個稍微複雜一點的,如果有個ORDERBY字句呢?不管你信不信,大多數的資料庫在使用orderby的時候,都將會從索引中受益。
  SELECT * FROM mytable
  WHERE category_id=1 AND user_id=2
  ORDER BY add date DESC;
  很簡單,就象為where字句中的欄位建立一個索引一樣,也為ORDERBY的字句中的欄位建立一個索引:
  CREATE INDEX mytable_categoryid_userid_adddate ON mytable (category_id,user_id,adddate);
  注意:"mytable_categoryid_userid_adddate"將會被截短為"mytable_categoryid_userid_addda"
  CREATE
  EXPLAIN SELECT * FROM mytable
  WHERE category_id=1 AND user_id=2
  ORDER BY add date DESC;
  NOTICE:QUERY PLAN:
  Sort(cost=2.03..2.03 rows=1 width=16)
  ->Index Scanusing mytable_categoryid_userid_addda
  onmytable(cost=0.00..2.02 rows=1 width=16)
  EXPLAIN
  看看EXPLAIN的輸出,資料庫多做了一個沒有要求的排序,這下知道效能如何受損了吧,看來對於資料庫的自身運作是有點過於樂觀了,那麼,給資料庫多一點提示吧。
  為了跳過排序這一步,並不需要其它另外的索引,只要將查詢語句稍微改一下。這裡用的是postgres,將給該資料庫一個額外的提示--在ORDERBY語句中,加入where語句中的欄位。這只是一個技術上的處理,並不是必須的,因為實際上在另外兩個欄位上,並不會有任何的排序操作,不過如果加入,postgres將會知道哪些是它應該做的。
  EXPLAIN SELECT * FROM mytable
  WHERE category_id=1 AND user_id=2
  ORDER BY category_id DESC,user_id DESC,adddate DESC;
  NOTICE:QUERY PLAN:
  Index Scan Backward using
  mytable_categoryid_userid_add daon my table
  (cost=0.00..2.02 rows=1 width=16)
  EXPLAIN
  現在使用料想的索引了,而且它還挺聰明,知道可以從索引後面開始讀,從而避免了任何的排序。
  以上說得細了一點,不過如果資料庫非常巨大,並且每日的頁面請求達上百萬算,想會獲益良多的。不過,如果要做更為複雜的查詢呢,例如將多張表結合起來查詢,特別是where限制字句中的欄位是來自不止一個表格時,應該怎樣處理呢?通常都儘量避免這種做法,因為這樣資料庫要將各個表中的東西都結合起來,然後再排除那些不合適的行,搞不好開銷會很大。
  如果不能避免,應該檢視每張要結合起來的表,並且使用以上的策略來建立索引,然後再用EXPLAIN命令驗證一下是否使用了料想中的索引。如果是的話,就OK。不是的話,可能要建立臨時的表來將他們結合在一起,並且使用適當的索引。
  要注意的是,建立太多的索引將會影響更新和插入的速度,因為它需要同樣更新每個索引檔案。對於一個經常需要更新和插入的表格,就沒有必要為一個很少使用的where字句單獨建立索引了,對於比較小的表,排序的開銷不會很大,也沒有必要建立另外的索引。
  以上介紹的只是一些十分基本的東西,其實裡面的學問也不少,單憑EXPLAIN是不能判定該方法是否就是最優化的,每個資料庫都有自己的一些優化器,雖然可能還不太完善,但是它們都會在查詢時對比過哪種方式較快,在某些情況下,建立索引的話也未必會快,例如索引放在一個不連續的儲存空間時,這會增加讀磁碟的負擔,因此,哪個是最優,應該通過實際的使用環境來檢驗。
  在剛開始的時候,如果表不大,沒有必要作索引,意見是在需要的時候才作索引,也可用一些命令來優化表,例如MySQL可用"OPTIMIZETABLE"。

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