Hiểu chỉ mục trong cơ sở dữ liệu

Chỉ mục là thành phần cơ bản của cơ sở dữ liệu quan hệ được thiết kế để nâng cao tốc độ hoạt động truy xuất dữ liệu. Chúng đóng vai trò là cấu trúc dữ liệu giúp cải thiện hiệu quả của các truy vấn cơ sở dữ liệu bằng cách cung cấp quyền truy cập nhanh vào các hàng trong bảng.

Cách thức hoạt động của chỉ mục

Chỉ mục hoạt động tương tự như chỉ mục trong một cuốn sách. Thay vì quét toàn bộ bảng để tìm dữ liệu cần thiết, cơ sở dữ liệu sử dụng chỉ mục để nhanh chóng xác định vị trí các hàng mong muốn. Các chỉ mục thường được tạo trên các cột thường được sử dụng trong mệnh đề WHERE, điều kiện THAM GIA và mệnh đề ORDER BY.

Cấu trúc chỉ mục

Các chỉ mục thường được triển khai dưới dạng cây B hoặc bảng băm:

• cây B: Cấu trúc cây cân bằng duy trì thứ tự được sắp xếp và cho phép độ phức tạp về thời gian logarit cho các hoạt động tìm kiếm, chèn và xóa.
• Bảng băm: Cung cấp độ phức tạp về thời gian không đổi cho các hoạt động tìm kiếm nhưng kém linh hoạt hơn cây B cho các truy vấn phạm vi.

Các loại chỉ mục

Có một số loại chỉ mục, mỗi loại phục vụ các mục đích khác nhau:

Chỉ số chính

• Chỉ số chính: Được tạo tự động khi khóa chính được xác định. Nó xác định duy nhất mỗi hàng trong một bảng.

Chỉ số phụ

• Chỉ số phụ: Được tạo trên các cột khóa không chính để cải thiện hiệu suất của các truy vấn liên quan đến các cột đó.

Chỉ mục duy nhất

• Chỉ mục duy nhất: Đảm bảo rằng (các) cột được lập chỉ mục chứa các giá trị duy nhất, ngăn chặn các mục nhập trùng lặp.

Chỉ số tổng hợp

• Chỉ số tổng hợp: Chỉ mục trên nhiều cột, hữu ích cho các truy vấn lọc hoặc sắp xếp dựa trên nhiều cột.

Chỉ mục toàn văn

• Chỉ mục toàn văn: Được thiết kế để tìm kiếm văn bản hiệu quả trong các trường văn bản lớn.

Chỉ mục bitmap

• Chỉ mục bitmap: Hiệu quả cho các cột có số lượng giá trị riêng biệt hạn chế, thường được sử dụng trong kho dữ liệu.

Tác động của chỉ mục đối với truy vấn CHỌN

Các chỉ mục có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các truy vấn CHỌN bằng cách giảm lượng dữ liệu được quét:

Truy xuất dữ liệu nhanh hơn

Chỉ mục cho phép cơ sở dữ liệu nhanh chóng xác định vị trí các hàng phù hợp với tiêu chí truy vấn mà không cần phải quét toàn bộ bảng. Điều này đặc biệt có lợi cho các bàn lớn.

Ví dụ

Hãy xem xét một bảng employees với các cột id, name, Và department. Một truy vấn để tìm nhân viên trong một bộ phận cụ thể:

SELECT * FROM employees WHERE department = 'Sales';

Không có chỉ mục trên department cột, cơ sở dữ liệu sẽ quét toàn bộ bảng. Với một chỉ mục, nó nhanh chóng tìm thấy các hàng có liên quan.

Giảm hoạt động I/O

Các chỉ mục làm giảm số lượng thao tác I/O cần thiết để tìm nạp dữ liệu từ đĩa, dẫn đến việc thực thi truy vấn nhanh hơn.

Tác động của chỉ mục đối với các hoạt động CHÈN, CẬP NHẬT, XÓA

Mặc dù các chỉ mục cải thiện hiệu suất truy vấn SELECT nhưng chúng có thể có tác động tiêu cực đến hiệu suất của các hoạt động sửa đổi dữ liệu:

Hoạt động INSERT chậm hơn

Khi chèn hàng mới, cơ sở dữ liệu phải cập nhật chỉ mục để bao gồm các mục mới. Bước bổ sung này có thể làm chậm quá trình chèn.

Ví dụ

Đưa một nhân viên mới vào employees bàn:

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

Nếu có một chỉ mục trên department cột, cơ sở dữ liệu phải cập nhật chỉ mục, bổ sung chi phí cho quá trình chèn.

Hoạt động CẬP NHẬT chậm hơn

Cập nhật các cột được lập chỉ mục yêu cầu cơ sở dữ liệu cập nhật các mục chỉ mục tương ứng. Điều này có thể làm chậm quá trình cập nhật, đặc biệt đối với các bảng lớn có nhiều chỉ mục.

Thao tác DELETE chậm hơn

Tương tự như các bản cập nhật, việc xóa các hàng yêu cầu cơ sở dữ liệu xóa các mục nhập tương ứng khỏi chỉ mục, thêm chi phí vào quá trình xóa.

Sự đánh đổi của việc sử dụng chỉ mục

Không gian trên cao

Các chỉ mục yêu cầu không gian lưu trữ bổ sung. Bảng càng có nhiều chỉ mục thì càng cần nhiều dung lượng đĩa để lưu trữ chúng.

Chi phí bảo trì

Việc duy trì các chỉ mục trong quá trình sửa đổi dữ liệu (CHÈN, CẬP NHẬT, XÓA) sẽ làm tăng thêm chi phí, có khả năng làm chậm các hoạt động này.

Phân mảnh chỉ mục

Theo thời gian, các chỉ mục có thể bị phân mảnh, dẫn đến hiệu suất giảm. Cần phải bảo trì thường xuyên, chẳng hạn như xây dựng lại hoặc sắp xếp lại các chỉ mục để duy trì hiệu suất tối ưu.

Thực tiễn tốt nhất để sử dụng chỉ mục

Lập chỉ mục chọn lọc

Chỉ tạo chỉ mục trên các cột thường được sử dụng trong truy vấn. Tránh lập chỉ mục các cột có độ chọn lọc thấp (cột có nhiều giá trị trùng lặp).

Giám sát và bảo trì

Thường xuyên theo dõi hiệu suất của các chỉ mục và thực hiện các tác vụ bảo trì, chẳng hạn như xây dựng lại các chỉ mục bị phân mảnh, để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Chỉ số tổng hợp

Hãy cân nhắc sử dụng chỉ mục tổng hợp cho các truy vấn lọc hoặc sắp xếp dựa trên nhiều cột. Tuy nhiên, hãy chú ý đến thứ tự các cột trong chỉ mục tổng hợp vì nó ảnh hưởng đến hiệu quả của chỉ mục.

Tránh lập chỉ mục quá mức

Trong khi các chỉ mục cải thiện hiệu suất truy vấn, việc lập chỉ mục quá mức có thể dẫn đến chi phí bảo trì đáng kể. Phấn đấu cân bằng giữa hiệu suất truy vấn và chi phí bảo trì.

Phần kết luận

Chỉ mục là công cụ mạnh mẽ để tối ưu hóa hiệu suất cơ sở dữ liệu, đặc biệt đối với các truy vấn SELECT. Chúng cung cấp quyền truy cập nhanh vào dữ liệu và giảm nhu cầu quét toàn bộ bảng. Tuy nhiên, chúng cũng gây ra chi phí cho các hoạt động sửa đổi dữ liệu và yêu cầu quản lý cẩn thận để tránh suy giảm hiệu suất. Bằng cách hiểu được sự cân bằng và tuân theo các phương pháp hay nhất, các nhà phát triển có thể tận dụng các chỉ mục một cách hiệu quả để nâng cao hiệu quả của các ứng dụng cơ sở dữ liệu của họ.