Индексы — это фундаментальные компоненты реляционных баз данных, предназначенные для повышения скорости операций поиска данных. Они служат структурами данных, которые повышают эффективность запросов к базе данных, обеспечивая быстрый доступ к строкам таблицы.
Как работают индексы
Указатель работает аналогично указателю в книге. Вместо сканирования всей таблицы в поисках необходимых данных база данных использует индекс для быстрого поиска нужных строк. Индексы обычно создаются для столбцов, которые часто используются в предложениях WHERE, условиях JOIN и предложениях ORDER BY.
Структура индекса
Индексы обычно реализуются в виде B-деревьев или хеш-таблиц:
- B-деревья: Сбалансированные древовидные структуры, которые поддерживают отсортированный порядок и допускают логарифмическую временную сложность для операций поиска, вставки и удаления.
- Хэш-таблицы: Обеспечивает постоянную временную сложность для операций поиска, но менее гибок, чем B-деревья для запросов диапазона.
Типы индексов
Существует несколько типов индексов, каждый из которых служит разным целям:
Первичный индекс
- Первичный индекс: Создается автоматически при определении первичного ключа. Он уникально идентифицирует каждую строку таблицы.
Вторичный индекс
- Вторичный индекс: создается на основе столбцов, не являющихся первичными ключами, для повышения производительности запросов, включающих эти столбцы.
Уникальный индекс
- Уникальный индекс: гарантирует, что индексированные столбцы содержат уникальные значения, предотвращая дублирование записей.
Композитный индекс
- Композитный индекс: индекс по нескольким столбцам, полезный для запросов, которые фильтруют или сортируют на основе нескольких столбцов.
Полнотекстовый указатель
- Полнотекстовый указатель: предназначен для эффективного поиска текста в больших текстовых полях.
Индекс растрового изображения
- Индекс растрового изображения: эффективен для столбцов с ограниченным количеством различных значений, часто используемых в хранилищах данных.
Влияние индексов на запросы SELECT
Индексы могут значительно повысить производительность запросов SELECT за счет уменьшения объема сканируемых данных:
Более быстрый поиск данных
Индексы позволяют базе данных быстро находить строки, соответствующие критериям запроса, минуя необходимость полного сканирования таблицы. Это особенно полезно для больших таблиц.
Пример
Рассмотрим таблицу сотрудники
с колоннами идентификатор
, имя
, и отделение
. Запрос на поиск сотрудников в конкретном отделе:
ВЫБЕРИТЕ * ИЗ сотрудников ГДЕ отдел = 'Продажи';
Без индекса на отделение
столбец, база данных сканирует всю таблицу. С помощью индекса он быстро находит нужные строки.
Сокращение операций ввода-вывода
Индексы сокращают количество операций ввода-вывода, необходимых для извлечения данных с диска, что приводит к более быстрому выполнению запросов.
Влияние индексов на операции INSERT, UPDATE, DELETE
Хотя индексы улучшают производительность запросов SELECT, они могут отрицательно влиять на производительность операций изменения данных:
Медленные операции INSERT
При вставке новых строк база данных должна обновить индекс, чтобы включить новые записи. Этот дополнительный шаг может замедлить процесс вставки.
Пример
Введение нового сотрудника в штат сотрудники
стол:
ВСТАВИТЬ В сотрудников (идентификатор, имя, отдел) ЗНАЧЕНИЯ (101, 'Джон Доу', 'Продажи');
Если есть индекс на отделение
столбец, база данных должна обновить индекс, увеличивая накладные расходы на процесс вставки.
Медленные операции ОБНОВЛЕНИЯ
Обновление индексированных столбцов требует, чтобы база данных обновила соответствующие записи индекса. Это может замедлить процесс обновления, особенно для больших таблиц со многими индексами.
Медленные операции DELETE
Подобно обновлениям, удаление строк требует, чтобы база данных удалила соответствующие записи из индекса, что увеличивает затраты на процесс удаления.
Компромиссы использования индексов
Пространство над головой
Индексы требуют дополнительного места для хранения. Чем больше индексов имеет таблица, тем больше дискового пространства требуется для их хранения.
Накладные расходы на техническое обслуживание
Поддержание индексов во время изменения данных (INSERT, UPDATE, DELETE) увеличивает накладные расходы, потенциально замедляя эти операции.
Фрагментация индекса
Со временем индексы могут стать фрагментированными, что приведет к снижению производительности. Для поддержания оптимальной производительности необходимо регулярное обслуживание, такое как восстановление или реорганизация индексов.
Лучшие практики использования индексов
Выборочное индексирование
Создавайте индексы только для столбцов, которые часто используются в запросах. Избегайте индексирования столбцов с низкой избирательностью (столбцов с большим количеством повторяющихся значений).
Мониторинг и обслуживание
Регулярно отслеживайте производительность индексов и выполняйте задачи обслуживания, такие как восстановление фрагментированных индексов, чтобы обеспечить оптимальную производительность.
Композитные индексы
Рассмотрите возможность использования составных индексов для запросов, которые фильтруют или сортируют данные по нескольким столбцам. Однако помните о порядке столбцов в составном индексе, поскольку он влияет на его эффективность.
Избегайте чрезмерной индексации
Хотя индексы повышают производительность запросов, чрезмерная индексация может привести к значительным затратам на обслуживание. Стремитесь к балансу между производительностью запросов и затратами на обслуживание.
Заключение
Индексы — это мощные инструменты для оптимизации производительности базы данных, особенно для запросов SELECT. Они обеспечивают быстрый доступ к данным и уменьшают необходимость полного сканирования таблицы. Однако они также приводят к накладным расходам на операции изменения данных и требуют тщательного управления во избежание снижения производительности. Понимая компромиссы и следуя передовому опыту, разработчики могут эффективно использовать индексы для повышения эффективности своих приложений баз данных.