数据库索引如何显着提高查询性能?
数据库索引在数据管理中的重要性
在数据管理领域,索引在优化数据库性能方面起着至关重要的作用,尤其是在数据集规模不断增长的情况下。本文深入探讨数据库索引的基础知识,提供一个与特定数据库平台无关的全面解释。
索引为何至关重要
存储在基于磁盘的存储设备上的数据被组织成数据块。每个块包含实际数据的一部分和指向后续块的指针。与链表不同,磁盘块不需要连续存储。
当根据非排序字段搜索记录时,需要进行线性搜索,平均需要 (N 1)/2 次块访问。对于非键字段(缺少唯一条目),必须扫描整个表空间,需要 N 次块访问。
相反,排序字段允许进行二分搜索,这只需要 log2 N 次块访问。此外,对于非键字段,一旦遇到较高的值,就可以终止搜索,从而减少所需的块访问次数。
什么是数据库索引?
索引是一种根据多个字段对表中记录进行排序的技术。为特定字段创建一个索引,其中包含字段值和指向相应记录的指针。然后对这个索引结构进行排序,以便进行二分搜索。
但是,索引会引入额外的磁盘空间开销,因为它们会存储一个包含字段值和记录指针的单独表。当对表中的多个字段进行索引时,这个空间需求变得非常重要,尤其是在使用 MyISAM 引擎时,索引文件可能超过文件系统限制。
索引的工作原理
让我们考虑一个示例数据库模式,其中一个表包含五个字段:id(主键)、firstName、lastName 和 emailAddress。我们假设有 500 万行,每行固定大小为 204 字节,块大小为 1024 字节。
场景 1:排序字段与未排序字段
- 没有索引的情况下,对 id 字段(已排序且为键字段)进行线性搜索大约需要 500,000 次块访问。
- 使用索引的情况下,对 id 字段进行二分搜索将块访问次数减少到大约 20 次。
- 对于 firstName 字段(未排序且非键字段),线性搜索需要 1,000,000 次块访问。
场景 2:索引
- firstName 字段上的索引创建一个较小的表,记录大小为 54 字节。
- 索引表大约需要 277,778 个块,而原始表需要 1,000,000 个块。
- 对索引进行二分搜索需要 19 次块访问,然后还需要 1 次块访问来检索实际记录,总共 20 次块访问。
何时使用索引
索引可以提高经常用于搜索条件的字段的查询性能。但是,在确定是否为字段建立索引时,务必考虑以下几点:
- 避免对仅输出字段进行索引。
- 确保索引字段具有高基数,因为低基数可能会抵消索引的有效性。
- 考虑过度索引可能带来的文件系统大小限制。
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