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数据库索引有什么作用和好处(原理)?

 看风景D人 2014-09-06
http://blog.csdn.net/shuiping567541/article/details/7065600


索引的概念理解: 数据库中的索引与书籍中的索引类似,在一本书中,利用索引可以快速查找所需信息,无须阅读整本书。在数据库中,索引使数据库程序无须对整个表进行扫描,就可以在其中找到所需数据。书中的索引是一个词语列表,其中注明了包含各个词的页码。而数据库中的索引是某个表中一列或者若干列值的集合和相应的指向表中物理标识这些值的数据页的逻辑指针清单。

 索引的作用: 1.通过创建唯一索引,可以保证数据记录的唯一性。 2.可以大大加快数据检索速度。 3.可以加速表与表之间的连接,这一点在实现数据的参照完整性方面有特别的意义。 4.在使用ORDER BY和GROUP BY子句中进行检索数据时,可以显著减少查询中分组和排序的时间。 5.使用索引可以在检索数据的过程中使用优化隐藏器,提高系统性能。 聚集索引非聚集索引的概念和区别: 聚集索引对表的物理数据页中的数据按列进行排序,然后再重新存储到磁盘上,即聚集索引与数据是混为一体的,它的叶节点中存储的是实际的数据。 非聚集索引具有完全独立于数据行的结构,使用非聚集索引不用将物理数据页中的数据按列排序。非聚集索引的叶节点存储了组成非聚集索引的关键字值和行定位器

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数据库索引是为了增加查询速度而对表字段附加的一种标识。很多人机械的理解索引的概念,认为增加索引只有好处没有坏处。其实远不是那样的,这里将其介绍尽量详细些。

首先明白为什么索引会增加速度,DB在执行一条Sql语句的时候,默认的方式是根据搜索条件进行全表扫描,遇到匹配条件的就加入搜索结果集合。如果我们对某一字段增加索引,查询时就会先去索引列表中一次定位到特定值的行数,大大减少遍历匹配的行数,所以能明显增加查询的速度。那么在任何时候都应该加索引么?这里有几个反例:1、如果每次都需要取到所有表记录,无论如何都必须进行全表扫描了,那么是否加索引也没有意义了。2、对非唯一的字段,例如“性别”这种大量重复值的字段,增加索引也没有什么意义。3、对于记录比较少的表,增加索引不会带来速度的优化反而浪费了存储空间,因为索引是需要存储空间的,而且有个致命缺点是对于update/insert/delete的每次执行,字段的索引都必须重新计算更新。

那么在什么时候适合加上索引呢?我们看一个Mysql手册中举的例子,这里有一条sql语句:

SELECT c.companyID, c.companyName FROM Companies c, User u WHERE c.companyID = u.fk_companyID AND c.numEmployees >= 0 AND c.companyName LIKE '%i%' AND u.groupID IN (SELECT g.groupID FROM Groups g WHERE g.groupLabel = 'Executive')

这条语句涉及3个表的联接,并且包括了许多搜索条件比如大小比较,Like匹配等。在没有索引的情况下Mysql需要执行的扫描行数是77721876行。而我们通过在companyID和groupLabel两个字段上加上索引之后,扫描的行数只需要134行。在Mysql中可以通过Explain Select来查看扫描次数。可以看出来在这种联表和复杂搜索条件的情况下,索引带来的性能提升远比它所占据的磁盘空间要重要得多。

那么索引是如何实现的呢?大多数DB厂商实现索引都是基于一种数据结构——B树。因为B树的特点就是适合在磁盘等直接存储设备上组织动态查找表。B树的定义是这样的:一棵m(m>=3)阶的B树是满足下列条件的m叉树:

1、每个结点包括如下作用域(j, p0, k1, p1, k2, p2, ... ki, pi) 其中j是关键字个数,p是孩子指针

2、所有叶子结点在同一层上,层数等于树高h

3、每个非根结点包含的关键字个数满足[m/2-1]<=j<=m-1

4、若树非空,则根至少有1个关键字,若根非叶子,则至少有2棵子树,至多有m棵子树

看一个B树的例子,针对26个英文字母的B树可以这样构造:

可以看到在这棵B树搜索英文字母复杂度只为o(m),在数据量比较大的情况下,这样的结构可以大大增加查询速度。然而有另外一种数据结构查询的虚度比B树更快——散列表。Hash表的定义是这样的:设所有可能出现的关键字集合为u,实际发生存储的关键字记为k,而|k|比|u|小很多。散列方法是通过散列函数h将u映射到表T[0,m-1]的下标上,这样u中的关键字为变量,以h为函数运算结果即为相应结点的存储地址。从而达到可以在o(1)的时间内完成查找。
然而散列表有一个缺陷,那就是散列冲突,即两个关键字通过散列函数计算出了相同的结果。设m和n分别表示散列表的长度和填满的结点数,n/m为散列表的填装因子,因子越大,表示散列冲突的机会越大。
因为有这样的缺陷,所以数据库不会使用散列表来做为索引的默认实现,Mysql宣称会根据执行查询格式尝试将基于磁盘的B树索引转变为和合适的散列索引以追求进一步提高搜索速度。

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