Wie beschleunigt die Datenbankindizierung den Datenabruf?

Wie der Datenbankindex die Effizienz beim Datenabruf verbessert

Im Bereich der Datenbankverwaltung spielen Indizes eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Datenabrufs und der Beschleunigung der Abfrageausführung. Durch das Verständnis der Grundlagen der Datenbankindizierung können Entwickler die Vorteile jedes spezifischen Datenbanksystems, das sie verwenden, effektiv nutzen.

Warum Indizes wichtig sind

Große Datensätze, die auf Festplattengeräten gespeichert sind, werden in diskreten Datenblöcken organisiert. Diese Datenblöcke stellen die kleinste Einheit von E/A-Operationen dar und können als Ganzes abgerufen werden. Jedes Mal, wenn eine Abfrage Daten erfordert, muss die Datenbank den gesamten Datenblock abrufen, in dem sich die Daten befinden.

Bei der Suche nach Daten basierend auf unsortierten Feldern verwendet die Datenbank eine lineare Suche, bei der jeder Datenblock nacheinander überprüft werden muss. Dieser Prozess erfordert durchschnittlich (N 1)/2 Datenblockzugriffe, wobei N die Gesamtzahl der von der Tabelle belegten Datenblöcke ist.

Durch Sortieren der Daten nach einem bestimmten Feld und Erstellen eines Index ist jedoch eine binäre Suche möglich. Durch die binäre Suche wird die Anzahl der Datenblockzugriffe deutlich auf etwa log2 N reduziert. Dieser Effizienzgewinn ist besonders bei der Arbeit mit großen Datenmengen von Vorteil.

Indizierungsmechanismus

Bei der Datenbankindizierung wird eine separate Datenstruktur erstellt, in der die indizierten Feldwerte zusammen mit Zeigern auf die entsprechenden Datensätze gespeichert werden. Diese Indexeinträge sind sortiert, sodass binäre Suchen möglich sind, die weitaus bessere Ergebnisse erzielen als lineare Suchen.

Stellen Sie sich beispielsweise eine Tabelle mit fünf Millionen Zeilen vor, die jeweils die Felder „id“, „firstName“, „lastName“ und „emailAddress“ enthalten. Das Feld „id“ ist als Primärschlüssel definiert und gewährleistet so eindeutige Werte, während „firstName“ ein unsortiertes Nichtschlüsselfeld ist.

Ohne einen Index würde eine Abfrage, die nach einem bestimmten FirstName-Wert sucht, eine lineare Suche in der gesamten Tabelle erfordern, was 1.000.000 Blockzugriffe erfordert.

Durch die Erstellung eines Index für das Feld „firstName“ kann die Datenbank eine binäre Suche im Index durchführen und so die Anzahl der Datenblockzugriffe auf etwa 20 reduzieren. Durch die Reduzierung der Anzahl der Datenblockzugriffe wird die Abfrageleistung deutlich verbessert.

Beste Indexierungspraktiken

Während die Indizierung die Leistung deutlich verbessern kann, erfordert sie zusätzlichen Speicherplatz für die Indexstruktur. Daher ist bei der Auswahl der zu indizierenden Felder eine sorgfältige Überlegung erforderlich.

Indizes sollten für Felder erstellt werden, die häufig in Abfragefiltern und -bedingungen verwendet werden. Indexfelder, die nur zur Ergebnisanzeige verwendet werden, können beim Einfügen und Löschen zu unnötigem Speicherplatzverbrauch und Leistungsaufwand führen.

Darüber hinaus beeinflusst die Kardinalität des indizierten Feldes die Wirksamkeit des Index. Felder mit hoher Kardinalität und vielen verschiedenen Werten optimieren die Indexleistung, indem sie die Daten effektiv in kleinere Teilmengen aufteilen. Umgekehrt können Felder mit geringer Kardinalität und begrenzten eindeutigen Werten den Index ungültig machen.

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