淺談數(shù)據(jù)庫索引的作用及原理

數(shù)據(jù)庫索引是為了增加查詢速度而對表字段附加的一種標識。很多人機械的理解索引的概念，認為增加索引只有好處沒有壞處。其實遠不是那樣的，這里將其介紹盡量詳細些。

首先明白為什么索引會增加速度，DB在執(zhí)行一條Sql語句的時候，默認的方式是根據(jù)搜索條件進行全表掃描，遇到匹配條件的就加入搜索結(jié)果集合。如果我們對某一字段增加索引，查詢時就會先去索引列表中一次定位到特定值的行數(shù)，大大減少遍歷匹配的行數(shù)，所以能明顯增加查詢的速度。那么在任何時候都應(yīng)該加索引么？這里有幾個反例：1、如果每次都需要取到所有表記錄，無論如何都必須進行全表掃描了，那么是否加索引也沒有意義了。2、對非唯一的字段，例如“性別”這種大量重復(fù)值的字段，增加索引也沒有什么意義。3、對于記錄比較少的表，增加索引不會帶來速度的優(yōu)化反而浪費了存儲空間，因為索引是需要存儲空間的，而且有個致命缺點是對于update/insert/delete的每次執(zhí)行，字段的索引都必須重新計算更新。

那么在什么時候適合加上索引呢？我們看一個Mysql手冊中舉的例子，這里有一條sql語句：

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')

這條語句涉及3個表的聯(lián)接，并且包括了許多搜索條件比如大小比較，Like匹配等。在沒有索引的情況下Mysql需要執(zhí)行的掃描行數(shù)是77721876行。而我們通過在companyID和groupLabel兩個字段上加上索引之后，掃描的行數(shù)只需要134行。在Mysql中可以通過Explain Select來查看掃描次數(shù)。可以看出來在這種聯(lián)表和復(fù)雜搜索條件的情況下，索引帶來的性能提升遠比它所占據(jù)的磁盤空間要重要得多。

那么索引是如何實現(xiàn)的呢？大多數(shù)DB廠商實現(xiàn)索引都是基于一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——B樹。因為B樹的特點就是適合在磁盤等直接存儲設(shè)備上組織動態(tài)查找表。B樹的定義是這樣的：一棵m(m>=3)階的B樹是滿足下列條件的m叉樹：

1、每個結(jié)點包括如下作用域(j, p0, k1, p1, k2, p2, ... ki, pi) 其中j是關(guān)鍵字個數(shù)，p是孩子指針

2、所有葉子結(jié)點在同一層上，層數(shù)等于樹高h

3、每個非根結(jié)點包含的關(guān)鍵字個數(shù)滿足[m/2-1]=j=m-1

4、若樹非空，則根至少有1個關(guān)鍵字，若根非葉子，則至少有2棵子樹，至多有m棵子樹

看一個B樹的例子，針對26個英文字母的B樹可以這樣構(gòu)造：

可以看到在這棵B樹搜索英文字母復(fù)雜度只為o(m)，在數(shù)據(jù)量比較大的情況下，這樣的結(jié)構(gòu)可以大大增加查詢速度。然而有另外一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)查詢的虛度比B樹更快——散列表。Hash表的定義是這樣的：設(shè)所有可能出現(xiàn)的關(guān)鍵字集合為u，實際發(fā)生存儲的關(guān)鍵字記為k，而|k|比|u|小很多。散列方法是通過散列函數(shù)h將u映射到表T[0,m-1]的下標上，這樣u中的關(guān)鍵字為變量，以h為函數(shù)運算結(jié)果即為相應(yīng)結(jié)點的存儲地址。從而達到可以在o(1)的時間內(nèi)完成查找。

然而散列表有一個缺陷，那就是散列沖突，即兩個關(guān)鍵字通過散列函數(shù)計算出了相同的結(jié)果。設(shè)m和n分別表示散列表的長度和填滿的結(jié)點數(shù)，n/m為散列表的填裝因子，因子越大，表示散列沖突的機會越大。

因為有這樣的缺陷，所以數(shù)據(jù)庫不會使用散列表來做為索引的默認實現(xiàn)，Mysql宣稱會根據(jù)執(zhí)行查詢格式嘗試將基于磁盤的B樹索引轉(zhuǎn)變?yōu)楹秃线m的散列索引以追求進一步提高搜索速度。

總結(jié)

本文關(guān)于數(shù)據(jù)庫索引的作用和原理就介紹到這里，希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以參閱：oracle數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入TXT文件方法介紹  oracle 數(shù)據(jù)庫啟動階段分析  oracle 虛擬專用數(shù)據(jù)庫詳細介紹 等。有什么問題可以隨時留言，小編會及時回復(fù)大家的。感謝朋友們對本站的支持！