oracle学习之索引的介绍

在关系型数据库中，用户查找数据与行的物理位置无关紧要。为了能够找到数据，表中的每一行均用一个rowid来标识，rowid能够标识数据库中某一行的具体位置。当Oracle数据库中存储海量的记录时，就意味着大量的rowid标识，这样Oracle如何能够快速找到指定的rowid呢？这时就需要使用索引对象，它可以提供服务器在表中快速查找记录的功能。

 

1、索引概述

如果一个数据表中存有海量的数据行，当对表执行指定条件的查询时，常规的查询方法会将所有的记录都读取出来，然后再把读取的每一条记录与查询条件进行比对，最后返回满足条件的记录。这样进行操作的时间开销和IO开销都很大。对于这种情况，就可以考虑通过建立索引来减少系统开销。

如果要在表中查询指定的记录，在没有索引的情况下，必须遍历整个表，而有了索引之后，只需要在索引中找到负荷查询条件的索引字段值，就可以通过保存在索引中的rowid快速找到表中对应的记录。例如，如果将表看做一本书，索引的作用则类似与书中的目录。在没有目录的情况下，要在书中查找指定的内容必须翻阅全书，而有了目录之后，只需要通过目录就可以快速找到包含所需要内容的页码（相当于rowid）。

 

Oracle对所以与表的管理有很多相同的地方，不仅需要在数据字典里保存所以的定义，还需要在表空间中为它分配实际的存储空间。创建索引时，Oracle会自动在用户的默认表空间或指定的表空间创建一个索引段，为索引数据提供空间。

 

用户可以在Oracle中创建多种类型的索引，以适应各种表的特点。按照索引数据的存储方式可以将索引分为B树索引、位图索引、反向键索引和基于函数的索引。按照索引列的唯一性可以分为唯一性索引和非唯一性索引；按照索引列的个数可以分为单列索引和复合索引。

 

建立和规划索引时，必须选择合适的表和列，如果选择的表和列不合适，不仅无法提高查询速度，反而会极大降低DML操作的速度，所以建立索引必须注意一下几点：

a）索引应该建立在where子句频繁引用表列上，如果在达标上频繁使用某列或某几列作为条件执行索引操作，并且检索行数低于总行数15%，那么应该考虑在这些列上建立索引。

b）如果经常需要基于某列或某几个列执行排序操作，那么这些列上建立索引可以加快数据排序速度。

c）限制表的索引个数。索引主要用于加快查询速度，但会降低DML操作的速度。索引越多，DML操作速度越慢，尤其会极大地影响INSERT和DELETE操作的速度。因此，规划索引时，必须仔细权衡查询和DML的需求。

d）指定索引块空间的使用参数。基于表建立索引时，Oracle会将相应表列数据添加到索引块。为索引块添加数据时，Oracle会按照pctfree参数在索引块上预留部分空间，该预留部分空间是为将来的insert操作准备的。如果将来在表上执行大量Insert操作，那么应该在建立索引时设置较大的pctfree。

e）将表和索引部署到相同的表空间，可以简化表空间管理；将表和索引部署不同的表空间，可以提高访问性能。

f）当大表上建立索引时，，使用nologging选项可以最小化重做记录。使用nologging选项可以节省重做日志空间、降低索引建立时间、提高索引并行建立的性能。

g）不要在小表上建立索引

h）为了提高多表连接的性能，应该在连接列上建立索引。

index entry的组成部分

indexentry entry header    存放一些控制信息

key column length             某一个key的长度

key column value               某一个key的值

rowid                                  指针，具体指向某一个数据

 

2、创建索引

在创建索引时，Oracle首先对将要建立索引的字段进行排序，然后将排序后的字段值和对应的记录的rowid存储在索引段中。建立索引可以使用create index语句，通常由表的所有者来建立索引。如果要以其他用户身份建立索引，则要求用户必须具有create any index系统权限或者相应表的index对象权限。

2.1、建立B树索引

B树索引时Oracle数据库最常用的索引类型（也是默认的），它是以B树结构组织并存放索引数据的，默认情况下，B树索引中的数据是以升序方式排列的。如果表包含的数据非常多，并且经常在where子句中引用某列或某几个列，则应该基于该列或这个几个列建立B树索引。B树索引由根块、分支块和叶块组成，其中主要数据都集中在叶子节点。

根块：索引顶级块，它包含指向下一级节点的信息。

 

分支块：它包含指向下一级节点（分支块或叶块）的信息。

叶块：通常也称为叶子块，它包含索引入口数据，索引入口包含索引列的值和记录行对应的物理地址rowid。

在B树索引中无论用户要搜索哪个分支的叶块，都可以保证 所经过的索引层次是相同的。Oracle采用这种方式的索引，可以确保无论索引条目位于何处，都只需要话费相同的IO即可获取它，这就是为什么被称为B树索引（B是英文BALANCED的缩写）。

例如，使用这个B树索引搜索编号为A004节点时，首先要访问根节点，从根节点中可以发现下一步应该搜索左边的分支，由于值A004小于B001，因此不需要第二次读取数据，而直接读取左边的分之节点。从左边的分之节点，可以判断出，要搜索的索引条目位于右侧的第一个叶子节点中。在那里可以很快找到要查询的索引条目，并根据索引条目中的rowid进而找到所有要查询的记录。

例子：

create index emp_deptno_index on (deptno) pctfree 25 tablespace test;

PCTFREE子句指定为将来槽所预留的空闲空间，子句tablespace用于指定索引段的表空间。假设表已经包含大量数据，那么在建索引时应该仔细规划pctfree的值，以便为以后的Insert操作预留空间。

 

2、建立位图索引

索引的作用简单来说就是能够通过给定的索引列值，快速地找到对应的记录。在B树索引中，通过在索引中保存的索引列的值以及记录的物理地址rowid来实现快速查找。但是对于一些特殊的表，B树索引的效率可能会很低。例如，在某个具有性别列的表，该列的所有取值只能是男或者女，如果在性别列上创建B树索引，那么创建的B数只有两个分支，，那么使用该索引对该表进行检索时，将返回一半的记录，这样就失去了所以的基本作用。

当列的基数很低时，为其建立B树索引显然不合适。“基数低”表示在索引列中，所有取值的数据量比表中行的数量少。如性别列只有两个取值；再比如某个用于10000行的表，它的一个列包含100个不同的取值，则该列还满足低基数的要求，因为该列与行数的比例为1%，Oracle推荐当一个列的基数小于1%时，这些列不再合适建立B树索引，而适用于位图索引。但在表中低基数的列上建立位图索引时，系统将对表进行一次全表扫描，为遇到的个取值构建图标。

 

2.1位图索引的原理

如果在性别列上建立了位图索引，对于性别这个列，针对每行的rowid（rowid可理解为每行的物理位置），位图索引形成两个向量，男向量位10100***，向量的每一位表示改行是否是男，如果是则位1，否为0，同理，女向量位01011***，（可理解为给每行数据的性别列中位产生两个向量，分别为男向量和女向量：男向量中值为男用1表示，值不是男用0表示；同理女向量中值为女用1表示，值不是女的用0表示）

rowid    1      2     3     4     5    *****

男          1      0     1     0     0

女          0      1     0     1     1

 

2.2、位图索引检索数据的过程

当我们使用查询语句select * from table where a ='男' and b='未婚';的时候，首先去除男向量，然后取出未婚的向量，将两个向量做and操作，这时生成新向量00100，为1时则表示满足查询要求的数据。

 

2.3、位图索引的限制或者弊端

位图索引在读密集的环境中能很好地工作，但是对于写密集的环境则极不合适，原因在于，一个位图索引键值指向多行。如果一个会话修改了有索引的列的数据，那么大多数情况下，这个索引键值（索引条目）指向的所有行都会被锁定。Oracle无法锁定一个位图索引键值的单独一位，而会锁定整个位图索引条目，倘若其他会话修改也需要更新同意的这个位图索引条目，就会被卡主，这样就大大影响了并发性。

位图索引时为数据仓库（也就是查询环境设计的），位图索引特别不适合OLTP系统，位图索引不适合与DML频繁的环境，适用于DSS系统，不适合频繁修改的系统，弊端是严重影响并发性。因为update索引列值的时候，会锁定新值和旧值指向的所有数据行，所以使用位图索引要慎重。

 

2.4、创建位图索引

create bitmap index emp_saary_bmp on employees(salary) tablespace test;

初始化参数create_bitmap_area_size用于指定建立位图索引时分配的位图区大小，默认值为8M，该数值越大建立位图索引的速度越快。为了加快创建位图索引，应将该参数设置更大些。因为该参数是静态参数，所以修改后必须重启数据块才能生效。

 

3、反向键索引

Oracle中系统会自动为表的主键建立索引，这个默认是B树索引，通常用户希望表的主键是一个自动增长的序列编号，这样的列就是所谓的单挑递增序列编号列。当在这种顺序递增的列上建立普通的B数索引时，如果表的数据量非常大，将导致索引数据分布不均。随着数据行的插入，索引数的层级增长很快，搜索索引发生的IO读写次数和索引树的层级数成正比，也就是说，一棵具有5个层级的B树索引，在最终读取到索引数据时最多可能发生多大5次IO操作，因而减少索引的层级树是索引性能调整的一个重要方法。如果索引列的数据以严格的有序的方式插入，那么B树索引树将变成一棵不对称的歪树。

反向键索引时一种特殊类型的B树索引，在顺序递增列上建立索引时非常有用。反向键索引的原理非常简单，在存储结上与常规的B树索引相同，然而，如果用户使用序列在表中输入记录，则反向键索引首先指向每个列键值的字节，然后在反向后的新数据上进行索引。例如，索引列键值为2011则反向转换为1102,9527反向为7259，显然经过反向处理的有序数据变得比较随机了，这样得到的索引树就比较对称，从而提高表的查询性能。

但是方向键索引也有局限性：如果在查询条件中有between、<、>等，其方向键索引无法使用，将执行全表扫描；只有对反向键索引列进行=的比较操作时，其反向键才会得到使用。

创建示例：

create index emp_job_reverse on emp(job) reverse tablespace test;

原索引为B树索引，修改为反向键索引：

alter  index emp_deptno_index rebuild reverse;

 

4、基于函数的索引

用户在使用Oracle数据库时，最常遇到的问题之一就是他对字符大小写敏感。可以通过使用Oracle字符串函数对其进行转换，然后再进行检查。但是，使用这样的查询时，用户不是基于表中存储的记录进行搜索的，即如果搜索的值不存在表中，那么它就一定也不会在索引中，所以即使在列上建立索引，Oracle也会被迫执行全表扫描，并为所遇到的个行进行函数运算。为了解决这个问题，Oracle提供了一种新的索引类型--基于函数的索引，它也是常规B树索引，但它存放的数据是由表中的数据应用函数后所得到的，而不是直接存放表中的数据本身。

示例：

create  index emo_job_fun on enp(lower(job));

 

5、修改索引

修改索引一般是通过alter index语句来完成。在表建立索引后，随着对表不断进行更新、插入和删除操作，索引中会产生越来越多的存储碎片，这将对索引的工作效率产生负面影响，这时可以采取两种方式来清楚碎片，重建索引或合并索引。

alter index emp_deptno_index coalesce deallocate unused;        ------------索引碎片整理（coalesce）收回未用到的空间（deallocate unused）；

假设在操作前，B树索引的前两个叶子块分别有70%和30%的空闲空间，合并索引后，可以将他们的数据合并到一个索引叶子块中。

 

消除索引碎片的另一个方式是重建索引，重建索引可以使用ALTER INDEX  INDEX_NAME REBUILD，重建操作不仅可以消除存储碎片，还可以改变索引的存储表空间，然后再删除原理的索引。

示例：

alter index emp_deptno_index rebuild tablespace test ;------重建索引并指定表空间

 

6、删除索引

删除索引使用DROP INDEX INDEX_NAME，需要删除某个索引的情况主要有以下几种：

a)如果移动了表中的数据，导致索引中包含过多的存储碎片，此时需要删除并重建索引。

b)通过一段时间的监视，发现很少有查询会使用到该索引。

c)该索引不再需要时应该删除索引，以释放其所占用的空间。

索引被删除后，它所占用的空间都将返回给包含它的表空间，并可以被表空间中的其他对象使用。如果索引时定义约束时由Oracle系统自动建立的，则必须禁用或者删除约束本身，另外在删除一个表时，Oracle也会删除所有与表有关的索引。

关于索引最后需要注意一点，虽然一个表可以用于很多索引，但是表中的索引数据越多，维护索引的成本就越大，每当向表中插入删除更新一条记录时，Oracle都必须对该表的所有索引进行更新。因此，用户还需要在表的查询速度和更新速度之间找到一个合适的平衡点，也就是说根据表的实际情况限制在表中创建索引的数量。

 

7、显示索引的信息

select index_name,index_type from dba_indexes where owner='SCOTT';  ---查看用户下索引的信息

select column_name,column_length from user_ind_columns where index_name='EMP_DEPTNO_INDEX';---查看索引的表的列信息

select tablespace_name,segment_type,bytes from user_segments where segment_name='EMP_DEPTNO_INDEX';  ----查看索引段的信息

select column_expression from user_ind_expressions where index_name='EMP_JOB_FUN'; ----查看基于函数的索引信息