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数据库索引到底是什么,是怎样工作的?(一)
2018-10-23 18:08:38 】 浏览:35
Tags:数据库 索引 到底 什么 怎样 工作
我们通过一个简单的例子来开始教程,解释为什么我们需要 数据库索引。假设我们有一个数据库表 Employee, 这个表有三个字段(列)分别是 Employee_Name、Employee_Age 和Employee_Address。假设表Employee 有上千行数据。
现在假设我们要从这个表中查找出所有名字是‘Jesus’的雇员信息。我们决定使用下面的查询语句:
SELECT * FROM Employee 
WHERE Employee_Name = 'Jesus'
123

如果表中没有所以会发生什么?

一旦我们运行这个查询,在查找名字为Jesus的雇员的过程中,究竟会发生什么?数据库不得不Employee表中的每一行并确定雇员的名字(Employee_Name)是否为 ‘Jesus’。由于我们想要得到每一个名字为Jesus的雇员信息,在查询到第一个符合条件的行后,不能停止查询,因为可能还有其他符合条件的行。所以,必须一行一行的查找直到最后一行-这就意味数据库不得不检查上千行数据才能找到所以名字为Jesus的雇员。这就是所谓的全表扫描。

数据库索引是怎样提升性能的?

你可能会想为如此简单的事情做全表扫描效率欠佳-数据库是不是应该更聪明一点呢?这就像用人眼从头到尾浏览整张表-很慢也不优雅(原文:not at all sleek,不知如何翻译才好)。但是,你可以能根据文章标题已经猜到,这就是索引派上用场的时候。使用索引的全部意义就是通过缩小一张表中需要查询的记录/行的数目来加快搜索的速度。

什么是索引?

一个索引是存储的表中一个特定列的值数据结构(最常见的是B-Tree)。索引是在表的列上创建。所以,要记住的关键点是索引包含一个表中列的值,并且这些值存储在一个数据结构中。请记住记住这一点:索引是一种数据结构 。

什么样的数据结构可以作为索引?

B-Tree 是最常用的用于索引的数据结构。因为它们是时间复杂度低, 查找、删除、插入操作都可以可以在对数时间内完成。另外一个重要原因存储在B-Tree中的数据是有序的。数据库管理 系统(RDBMS)通常决定索引应该用哪些数据结构。但是,在某些情况下,你在创建索引时可以指定索引要使用的数据结构。

哈希表索引是怎么工作的?

哈希表是另外一种你可能看到用作索引的数据结构-这些索引通常被称为哈希索引。使用哈希索引的原因是,在寻找值时哈希表效率极高。所以,如果使用哈希索引,对于比较字符串是否相等的查询能够极快的检索出的值。例如之前我们讨论过的这个查询(SELECT * FROM Employee WHERE Employee_Name = ‘Jesus’) 就可以受益于创建在Employee_Name 列上的哈希索引。哈系索引的工作方式是将列的值作为索引的键值(key),和键值相对应实际的值(value)是指向该表中相应行的指针。因为哈希表基本上可以看作是关联数组,一个典型的数据项就像“Jesus => 0x28939″,而0x28939是对内存中表中包含Jesus这一行的引用。在哈系索引的中查询一个像“Jesus”这样的值,并得到对应行的在内存中的引用,明显要比扫描全表获得值为“Jesus”的行的方式快很多。

哈希索引的缺点

哈希表是无顺的数据结构,对于很多类型的查询语句哈希索引都无能为力。举例来说,假如你想要找出所有小于40岁的员工。你怎么使用使用哈希索引进行查询?这不可行,因为哈希表只适合查询键值对-也就是说查询相等的查询(例:like “WHERE name = ‘Jesus’)。哈希表的键值映射也暗示其键的存储是无序的。这就是为什么哈希索引通常不是数据库索引的默认数据结构-因为在作为索引的数据结构时,其不像B-Tree那么灵活

还有什么其他类型的索引?

使用R-Tree作为数据结构的索引通常用来为空间问题提供帮助。例如,一个查询要求“查询出所有距离我两公里之内的星巴克”,如果数据库表使用R- Tree索引,这类查询的效率将会提高。
另一种索引是位图索引(bitmap index), 这类索引适合放在包含布尔值(true 和 false)的列上,但是这些值(表示true或false的值)的许多实例-基本上都是选择性(selectivity)低的列。

索引是怎么提升性能的?

因为索引基本上是用来存储列值的数据结构,这使查找这些列值更加快速。如果索引使用最常用的数据结构-B-Tree-那么其中的数据是有序的。有序的列值可以极大的提升性能。下面解释原因。
假设我们在 Employee_Name这一列上创建一个B-Tree索引。这意味着当我们用之前的SQL查找姓名是‘Jesus’的雇员时,不需要再扫描全表。而是用索引查找去查找名字为‘Jesus’的雇员,因为索引已经按照按字母顺序排序。索引已经排序意味着查询一个名字会快很多,因为名字少字母为‘J’的员工都是排列在一起的。另外重要的一点是,索引同时存储了表中相应行的指针以获取其他列的数据。

数据库索引里究竟存的是什么?

你现在已经知道数据库索引是创建在表的某列上的,并且存储了这一列的所有值。但是,需要理解的重点是数据库索引并不存储这个表中其他列(字段)的值。举例来说,如果我们在Employee_Name列创建索引,那么列Employee_Age和Employee_Address上的值并不会存储在这个索引当中。如果我们确实把其他所有字段也存储在个这个索引中,那就成了拷贝一整张表做为索引-这样会占用太大的空间而且会十分低效。

索引存储了指向表中某一行的指针

如果我们在索引里找到某一条记录作为索引的列的值,如何才能找到这一条记录的其它值呢?这是很简单 - 数据库索引同时存储了指向表中的相应行的指针。指针是指一块内存区域, 该内存区域记录的是对硬盘上记录的相应行的数据的引用。因此,索引中除了存储列的值,还存储着一个指向在行数据的索引。也就是说,索引中的Employee_Name这列的某个值(或者节点)可以描述为 (“Jesus”, 0x82829), 0x82829 就是包含 “Jesus”那行数据在硬盘上的地址。如果没有这个引用,你就只能访问到一个单独的值(“Jesus”),而这样没有意义,因为你不能获取这一行记录的employee的其他值-例如地址(address)和年龄(age)。

数据库怎么知道什么时候使用索引?

当这个SQL (SELECT * FROM Employee WHERE Employee_Name = ‘Jesus’ )运行时,数据库会检查在查询的列上是否有索引。假设Employee_Name列上确实创建了索引,数据库会接着检查使用这个索引做查询是否合理 - 因为有些场景下,使用索引比起全表扫描会更加低效。如果想要了解更多这些场景,请 阅读这篇文章:Selectivity in SQL

你能强制数据库使用索引吗?

通常来说, 你不会告诉数据库什么时候使用索引 - 数据库自己决定。然而,值得注意的是在大多数数据库中(像 Oracle 和 MYSQL), 你实际上可以制订你想要使用的索引。

如何在使用SQL创建索引:

之前的例子中,在Employee_Name列上创建索引的SQL如下:
CREATE INDEX name_index
ON Employee (Employee_Name)
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如何创建联合索引


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