mysql 數(shù)據(jù)庫(kù)中索引原理分析說(shuō)明
發(fā)布日期:2022-01-30 10:57 | 文章來(lái)源:源碼之家
其實(shí),我們的漢語(yǔ)字典的正文本身就是一個(gè)聚集索引。比如,我們要查“安”字,就會(huì)很自然地翻開(kāi)字典的前幾頁(yè),因?yàn)椤鞍病钡钠匆羰恰癮n”,而按照拼音排序漢字的字典是以英文字母“a”開(kāi)頭并以“z”結(jié)尾的,那么“安”字就自然地排在字典的前部。如果您翻完了所有以“a”開(kāi)頭的部分仍然找不到這個(gè)字,那么就說(shuō)明您的字典中沒(méi)有這個(gè)字;同樣的,如果查“張”字,那您也會(huì)將您的字典翻到最后部分,因?yàn)椤皬垺钡钠匆羰恰皕hang”。也就是說(shuō),字典的正文部分本身就是一個(gè)目錄,您不需要再去查其他目錄來(lái)找到您需要找的內(nèi)容。
我們把這種正文內(nèi)容本身就是一種按照一定規(guī)則排列的目錄稱(chēng)為“聚集索引”。
如果您認(rèn)識(shí)某個(gè)字,您可以快速地從自動(dòng)中查到這個(gè)字。但您也可能會(huì)遇到您不認(rèn)識(shí)的字,不知道它的發(fā)音,這時(shí)候,您就不能按照剛才的方法找到您要查的字,而需要去根據(jù)“偏旁部首”查到您要找的字,然后根據(jù)這個(gè)字后的頁(yè)碼直接翻到某頁(yè)來(lái)找到您要找的字。但您結(jié)合“部首目錄”和“檢字表”而查到的字的排序并不是真正的正文的排序方法,比如您查“張”字,我們可以看到在查部首之后的檢字表中“張”的頁(yè)碼是672頁(yè),檢字表中“張”的上面是“馳”字,但頁(yè)碼卻是63 頁(yè),“張”的下面是“弩”字,頁(yè)面是390頁(yè)。很顯然,這些字并不是真正的分別位于“張”字的上下方,現(xiàn)在您看到的連續(xù)的“馳、張、弩”三字實(shí)際上就是他們?cè)诜蔷奂饕械呐判?,是字典正文中的字在非聚集索引中的映射?FONT color=#ff0000>我們可以通過(guò)這種方式來(lái)找到您所需要的字,但它需要兩個(gè)過(guò)程,先找到目錄中的結(jié)果,然后再翻到您所需要的頁(yè)碼。
我們把這種目錄純粹是目錄,正文純粹是正文的排序方式稱(chēng)為“非聚集索引”。
通過(guò)以上例子,我們可以理解到什么是“聚集索引”和“非聚集索引”。
進(jìn)一步引申一下,我們可以很容易的理解:每個(gè)表只能有一個(gè)聚集索引,因?yàn)槟夸浿荒馨凑找环N方法進(jìn)行排序。
(二)何時(shí)使用聚集索引或非聚集索引
下面的表總結(jié)了何時(shí)使用聚集索引或非聚集索引(很重要)。
動(dòng)作描述 | 列經(jīng)常被分組排序 | 返回某范圍內(nèi)的數(shù)據(jù) | 一個(gè)或極少不同值 | 小數(shù)目的不同 | 大數(shù)目的不同值 | 頻繁更新的列 | 外鍵列 | 主鍵列 | 頻繁修改索引列 |
使用聚集索引 | 應(yīng) | 應(yīng) | 不應(yīng) | 不應(yīng) | 不應(yīng) | 不應(yīng) | 應(yīng) | 應(yīng) | 不應(yīng) |
不使用聚集索引 | 應(yīng) | 不應(yīng) | 不應(yīng) | 不應(yīng) | 應(yīng) | 應(yīng) | 應(yīng) | 應(yīng) | 應(yīng) |
事實(shí)上,我們可以通過(guò)前面聚集索引和非聚集索引的定義的例子來(lái)理解上表。如:返回某范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)一項(xiàng)。比如您的某個(gè)表有一個(gè)時(shí)間列,恰好您把聚合索引建立在了該列,這時(shí)您查詢(xún)2004年1月1日至2004年10月1日之間的全部數(shù)據(jù)時(shí),這個(gè)速度就將是很快的,因?yàn)槟倪@本字典正文是按日期進(jìn)行排序的,聚類(lèi)索引只需要找到要檢索的所有數(shù)據(jù)中的開(kāi)頭和結(jié)尾數(shù)據(jù)即可;而不像非聚集索引,必須先查到目錄中查到每一項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的頁(yè)碼,然后再根據(jù)頁(yè)碼查到具體內(nèi)容。
(三)結(jié)合實(shí)際,談索引使用的誤區(qū)
理論的目的是應(yīng)用。雖然我們剛才列出了何時(shí)應(yīng)使用聚集索引或非聚集索引,但在實(shí)踐中以上規(guī)則卻很容易被忽視或不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜
合分析。下面我們將根據(jù)在實(shí)踐中遇到的實(shí)際問(wèn)題來(lái)談一下索引使用的誤區(qū),以便于大家掌握索引建立的方法。
1、主鍵就是聚集索引
這種想法筆者認(rèn)為是極端錯(cuò)誤的,是對(duì)聚集索引的一種浪費(fèi)。雖然SQL SERVER默認(rèn)是在主鍵上建立聚集索引的。
通常,我們會(huì)在每個(gè)表中都建立一個(gè)ID列,以區(qū)分每條數(shù)據(jù),并且這個(gè)ID列是自動(dòng)增大的,步長(zhǎng)一般為1。我們的這個(gè)辦公自動(dòng)化的實(shí)例中的列Gid就是如此。此時(shí),如果我們將這個(gè)列設(shè)為主鍵,SQL SERVER會(huì)將此列默認(rèn)為聚集索引。這樣做有好處,就是可以讓您的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中按照ID進(jìn)行物理排序,但筆者認(rèn)為這樣做意義不大。
顯而易見(jiàn),聚集索引的優(yōu)勢(shì)是很明顯的,而每個(gè)表中只能有一個(gè)聚集索引的規(guī)則,這使得聚集索引變得更加珍貴。
從我們前面談到的聚集索引的定義我們可以看出,使用聚集索引的最大好處就是能夠根據(jù)查詢(xún)要求,迅速縮小查詢(xún)范圍,避免全表掃描。在實(shí)際應(yīng)用中,因?yàn)镮D號(hào)是自動(dòng)生成的,我們并不知道每條記錄的ID號(hào),所以我們很難在實(shí)踐中用ID號(hào)來(lái)進(jìn)行查詢(xún)。這就使讓ID號(hào)這個(gè)主鍵作為聚集索引成為一種資源浪費(fèi)。其次,讓每個(gè)ID號(hào)都不同的字段作為聚集索引也不符合“大數(shù)目的不同值情況下不應(yīng)建立聚合索引”規(guī)則;當(dāng)然,
這種情況只是針對(duì)用戶(hù)經(jīng)常修改記錄內(nèi)容,特別是索引項(xiàng)的時(shí)候會(huì)負(fù)作用,但對(duì)于查詢(xún)速度并沒(méi)有影響。
在辦公自動(dòng)化系統(tǒng)中,無(wú)論是系統(tǒng)首頁(yè)顯示的需要用戶(hù)簽收的文件、會(huì)議還是用戶(hù)進(jìn)行文件查詢(xún)等任何情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)都離不開(kāi)字段的是“日期”還有用戶(hù)本身的“用戶(hù)名”。
通常,辦公自動(dòng)化的首頁(yè)會(huì)顯示每個(gè)用戶(hù)尚未簽收的文件或會(huì)議。雖然我們的where語(yǔ)句可以?xún)H僅限制當(dāng)前用戶(hù)尚未簽收的情況,但如果您的系統(tǒng)已建立了很長(zhǎng)時(shí)間,并且數(shù)據(jù)量很大,那么,每次每個(gè)用戶(hù)打開(kāi)首頁(yè)的時(shí)候都進(jìn)行一次全表掃描,這樣做意義是不大的,絕大多數(shù)的用戶(hù)1個(gè)月前的文件都已經(jīng)瀏覽過(guò)了,這樣做只能徒增數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)銷(xiāo)而已。事實(shí)上,我們完全可以讓用戶(hù)打開(kāi)系統(tǒng)首頁(yè)時(shí),數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅查詢(xún)這個(gè)用戶(hù)近3個(gè)月來(lái)未閱覽的文件,通過(guò)“日期”這個(gè)字段來(lái)限制表掃描,提高查詢(xún)速度。如果您的辦公自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)建立的2年,那么您的首頁(yè)顯示速度理論上將是原來(lái)速度8倍,甚至更快。
在這里之所以提到“理論上”三字,是因?yàn)槿绻木奂饕€是盲目地建在ID這個(gè)主鍵上時(shí),您的查詢(xún)速度是沒(méi)有這么高的,即使您在“日
期”這個(gè)字段上建立的索引(非聚合索引)。下面我們就來(lái)看一下在1000萬(wàn)條數(shù)據(jù)量的情況下各種查詢(xún)的速度表現(xiàn)(3個(gè)月內(nèi)的數(shù)據(jù)為25萬(wàn)條)
:
(1)僅在主鍵上建立聚集索引,并且不劃分時(shí)間段:
Select gid,fariqi,neibuyonghu,title from tgongwen
用時(shí):128470毫秒(即:128秒)
(2)在主鍵上建立聚集索引,在fariq上建立非聚集索引:
select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen
where fariqi> dateadd(day,-90,getdate())
用時(shí):53763毫秒(54秒)
(3)將聚合索引建立在日期列(fariqi)上:
select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen
where fariqi> dateadd(day,-90,getdate())
用時(shí):2423毫秒(2秒)
雖然每條語(yǔ)句提取出來(lái)的都是25萬(wàn)條數(shù)據(jù),各種情況的差異卻是巨大的,特別是將聚集索引建立在日期列時(shí)的差異。事實(shí)上,如果您的數(shù)據(jù)庫(kù)真的有1000萬(wàn)容量的話,把主鍵建立在ID列上,就像以上的第1、2種情況,在網(wǎng)頁(yè)上的表現(xiàn)就是超時(shí),根本就無(wú)法顯示。這也是我摒棄ID列作為聚集索引的一個(gè)最重要的因素。
得出以上速度的方法是:在各個(gè)select語(yǔ)句前加:declare @d datetime
set @d=getdate()
并在select語(yǔ)句后加:
select [語(yǔ)句執(zhí)行花費(fèi)時(shí)間(毫秒)]=datediff(ms,@d,getdate())
2、只要建立索引就能顯著提高查詢(xún)速度
事實(shí)上,我們可以發(fā)現(xiàn)上面的例子中,第2、3條語(yǔ)句完全相同,且建立索引的字段也相同;不同的僅是前者在fariqi字段上建立的是非聚合索引,后者在此字段上建立的是聚合索引,但查詢(xún)速度卻有著天壤之別。所以,并非是在任何字段上簡(jiǎn)單地建立索引就能提高查詢(xún)速度。
從建表的語(yǔ)句中,我們可以看到這個(gè)有著1000萬(wàn)數(shù)據(jù)的表中fariqi字段有5003個(gè)不同記錄。在此字段上建立聚合索引是再合適不過(guò)了。在現(xiàn)實(shí)中,我們每天都會(huì)發(fā)幾個(gè)文件,這幾個(gè)文件的發(fā)文日期就相同,這完全符合建立聚集索引要求的:“既不能絕大多數(shù)都相同,又不能只有極少數(shù)相同”的規(guī)則。由此看來(lái),我們建立“適當(dāng)”的聚合索引對(duì)于我們提高查詢(xún)速度是非常重要的。
3、把所有需要提高查詢(xún)速度的字段都加進(jìn)聚集索引,以提高查詢(xún)速度。上面已經(jīng)談到:在進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)時(shí)都離不開(kāi)字段的是“日期”還有用戶(hù)本身的“用戶(hù)名”。既然這兩個(gè)字段都是如此的重要,我們可以把他們合并起來(lái),建立一個(gè)復(fù)合索引(compound index)。
很多人認(rèn)為只要把任何字段加進(jìn)聚集索引,就能提高查詢(xún)速度,也有人感到迷惑:如果把復(fù)合的聚集索引字段分開(kāi)查詢(xún),那么查詢(xún)速度會(huì)減慢嗎?帶著這個(gè)問(wèn)題,我們來(lái)看一下以下的查詢(xún)速度(結(jié)果集都是25萬(wàn)條數(shù)據(jù)):(日期列fariqi首先排在復(fù)合聚集索引的起始列,用戶(hù)名neibuyonghu排在后列)
(1)select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen where fariqi>'2004-5-5'
查詢(xún)速度:2513毫秒
(2)select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen where fariqi>'2004-5-5' and neibuyonghu='辦公室'
查詢(xún)速度:2516毫秒
(3)select gid,fariqi,neibuyonghu,title from Tgongwen where neibuyonghu='辦公室'
查詢(xún)速度:60280毫秒
從以上試驗(yàn)中,我們可以看到如果僅用聚集索引的起始列作為查詢(xún)條件和同時(shí)用到復(fù)合聚集索引的全部列的查詢(xún)速度是幾乎一樣的,甚至比用上全部的復(fù)合索引列還要略快(在查詢(xún)結(jié)果集數(shù)目一樣的情況下);而如果僅用復(fù)合聚集索引的非起始列作為查詢(xún)條件的話,這個(gè)索引是不起任何作用的。當(dāng)然,語(yǔ)句1、2的查詢(xún)速度一樣是因?yàn)椴樵?xún)的條目數(shù)一樣,如果復(fù)合索引的所有列都用上,而且查詢(xún)結(jié)果少的話,這樣就會(huì)形成“索引覆蓋”,因而性能可以達(dá)到最優(yōu)。同時(shí),請(qǐng)記?。簾o(wú)論您是否經(jīng)常使用聚合索引的其他列,但其前導(dǎo)列一定要是使用最頻繁的列。
(四)其他書(shū)上沒(méi)有的索引使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
1、用聚合索引比用不是聚合索引的主鍵速度快
下面是實(shí)例語(yǔ)句:(都是提取25萬(wàn)條數(shù)據(jù))
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi='2004-9-16'
使用時(shí)間:3326毫秒
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where gid<=250000
使用時(shí)間:4470毫秒
這里,用聚合索引比用不是聚合索引的主鍵速度快了近1/4。
2、用聚合索引比用一般的主鍵作order by時(shí)速度快,特別是在小數(shù)據(jù)量情況下
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen order by fariqi
用時(shí):12936
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen order by gid
用時(shí):18843
這里,用聚合索引比用一般的主鍵作order by時(shí),速度快了3/10。事實(shí)上,如果數(shù)據(jù)量很小的話,用聚集索引作為排序列要比使用非聚集索引速度快得明顯的多;而數(shù)據(jù)量如果很大的話,如10萬(wàn)以上,則二者的速度差別不明顯。
3、使用聚合索引內(nèi)的時(shí)間段,搜索時(shí)間會(huì)按數(shù)據(jù)占整個(gè)數(shù)據(jù)表的百分比成比例減少,而無(wú)論聚合索引使用了多少個(gè)
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>'2004-1-1'
用時(shí):6343毫秒(提取100萬(wàn)條)
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>'2004-6-6'
用時(shí):3170毫秒(提取50萬(wàn)條)
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi='2004-9-16'
用時(shí):3326毫秒(和上句的結(jié)果一模一樣。如果采集的數(shù)量一樣,那么用大于號(hào)和等于號(hào)是一樣的)
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>'2004-1-1' and fariqi<'2004-6-6'
用時(shí):3280毫秒
4 、日期列不會(huì)因?yàn)橛蟹置氲妮斎攵鴾p慢查詢(xún)速度
下面的例子中,共有100萬(wàn)條數(shù)據(jù),2004年1月1日以后的數(shù)據(jù)有50萬(wàn)條,但只有兩個(gè)不同的日期,日期精確到日;之前有數(shù)據(jù)50萬(wàn)條,有5000個(gè)
不同的日期,日期精確到秒。
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi>'2004-1-1' order by fariqi
用時(shí):6390毫秒
select gid,fariqi,neibuyonghu,reader,title from Tgongwen where fariqi<'2004-1-1' order by fariqi
用時(shí):6453毫秒
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