Noções básicas sobre índices em bancos de dados

Os índices são componentes fundamentais de bancos de dados relacionais projetados para aumentar a velocidade das operações de recuperação de dados. Eles servem como estruturas de dados que melhoram a eficiência das consultas ao banco de dados, fornecendo acesso rápido às linhas de uma tabela.

Como funcionam os índices

Um índice funciona de forma semelhante a um índice de um livro. Em vez de varrer a tabela inteira para encontrar os dados necessários, o banco de dados usa o índice para localizar rapidamente as linhas desejadas. Os índices normalmente são criados em colunas que são frequentemente usadas em cláusulas WHERE, condições JOIN e cláusulas ORDER BY.

Estrutura do índice

Os índices são geralmente implementados como árvores B ou tabelas hash:

• Árvores B: estruturas de árvore balanceadas que mantêm a ordem de classificação e permitem complexidade de tempo logarítmica para operações de pesquisa, inserção e exclusão.
• Tabelas hash: fornecem complexidade de tempo constante para operações de pesquisa, mas são menos flexíveis que árvores B para consultas de intervalo.

Tipos de índices

Existem vários tipos de índices, cada um servindo a finalidades diferentes:

Índice Primário

• Índice Primário: criado automaticamente quando uma chave primária é definida. Ele identifica exclusivamente cada linha de uma tabela.

Índice Secundário

• Índice Secundário: criado em colunas de chave não primária para melhorar o desempenho de consultas envolvendo essas colunas.

Índice Único

• Índice Único: garante que as colunas indexadas contenham valores exclusivos, evitando entradas duplicadas.

Índice composto

• Índice composto: um índice em múltiplas colunas, útil para consultas que filtram ou classificam com base em múltiplas colunas.

Índice de texto completo

• Índice de texto completo: Projetado para pesquisa eficiente de texto em campos de texto grandes.

Índice de bitmap

• Índice de bitmap: eficiente para colunas com um número limitado de valores distintos, frequentemente usado em data warehousing.

Impacto dos índices nas consultas SELECT

Os índices podem melhorar significativamente o desempenho das consultas SELECT, reduzindo a quantidade de dados verificados:

Recuperação de dados mais rápida

Os índices permitem que o banco de dados localize rapidamente as linhas que correspondem aos critérios de consulta, evitando a necessidade de uma verificação completa da tabela. Isto é especialmente benéfico para mesas grandes.

Exemplo

Considere uma mesa employees com colunas id, name, e department. Uma consulta para encontrar funcionários em um departamento específico:

SELECT * FROM employees WHERE department = 'Sales';

Sem um índice no department coluna, o banco de dados verifica toda a tabela. Com um índice, ele encontra rapidamente as linhas relevantes.

Operações de E/S reduzidas

Os índices reduzem o número de operações de E/S necessárias para buscar dados do disco, levando a uma execução de consulta mais rápida.

Impacto dos índices nas operações INSERT, UPDATE, DELETE

Embora os índices melhorem o desempenho da consulta SELECT, eles podem ter um impacto negativo no desempenho das operações de modificação de dados:

Operações INSERT mais lentas

Ao inserir novas linhas, o banco de dados deve atualizar o índice para incluir as novas entradas. Esta etapa adicional pode retardar o processo de inserção.

Exemplo

Inserção de um novo funcionário no employees mesa:

INSERT INTO employees (id, name, department) VALUES (101, 'John Doe', 'Sales');

Se houver um índice no department coluna, o banco de dados deve atualizar o índice, adicionando sobrecarga ao processo de inserção.

Operações UPDATE mais lentas

A atualização de colunas indexadas exige que o banco de dados atualize as entradas de índice correspondentes. Isto pode retardar o processo de atualização, especialmente para tabelas grandes com muitos índices.

Operações DELETE mais lentas

Semelhante às atualizações, a exclusão de linhas exige que o banco de dados remova as entradas correspondentes do índice, adicionando sobrecarga ao processo de exclusão.

Compensações do uso de índices

Espaço aéreo

Os índices requerem espaço de armazenamento adicional. Quanto mais índices uma tabela tiver, mais espaço em disco será necessário para armazená-los.

Despesas gerais de manutenção

Manter índices durante modificações de dados (INSERT, UPDATE, DELETE) adiciona sobrecarga, potencialmente retardando essas operações.

Fragmentação do índice

Com o tempo, os índices podem ficar fragmentados, levando à diminuição do desempenho. A manutenção regular, como a reconstrução ou reorganização de índices, é necessária para manter o desempenho ideal.

Melhores práticas para uso de índices

Indexação Seletiva

Crie índices apenas em colunas usadas com frequência em consultas. Evite indexar colunas com baixa seletividade (colunas com muitos valores duplicados).

Monitoramento e Manutenção

Monitore regularmente o desempenho dos índices e execute tarefas de manutenção, como a reconstrução de índices fragmentados, para garantir o desempenho ideal.

Índices Compostos

Considere usar índices compostos para consultas que filtram ou classificam com base em múltiplas colunas. No entanto, esteja atento à ordem das colunas do índice composto, pois isso afeta a eficiência do índice.

Evite indexação excessiva

Embora os índices melhorem o desempenho da consulta, a indexação excessiva pode levar a uma sobrecarga significativa de manutenção. Esforce-se para encontrar um equilíbrio entre o desempenho da consulta e os custos de manutenção.

Conclusão

Os índices são ferramentas poderosas para otimizar o desempenho do banco de dados, principalmente para consultas SELECT. Eles fornecem acesso rápido aos dados e reduzem a necessidade de varreduras completas da tabela. No entanto, eles também introduzem sobrecarga nas operações de modificação de dados e exigem um gerenciamento cuidadoso para evitar a degradação do desempenho. Ao compreender as vantagens e desvantagens e seguir as práticas recomendadas, os desenvolvedores podem aproveitar efetivamente os índices para aumentar a eficiência de seus aplicativos de banco de dados.