1.聚集索引和非聚集索引

2.索引的結(jié)構(gòu)

3.索引包含列和書簽查找

前言

此文是我之前的筆記整理而來，以索引為入口進(jìn)行探討相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)（又做了修改以讓人更好消化）。SQL Server接觸不久的朋友可以只看以下藍(lán)色字體字，簡(jiǎn)單有用節(jié)省時(shí)間；如果是數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)不錯(cuò)的朋友，可以全看，歡迎探討。

索引的概念

索引的用途：我們對(duì)數(shù)據(jù)查詢及處理速度已成為衡量應(yīng)用系統(tǒng)成敗的標(biāo)準(zhǔn)，而采用索引來加快數(shù)據(jù)處理速度通常是最普遍采用的優(yōu)化方法。

索引是什么：數(shù)據(jù)庫(kù)中的索引類似于一本書的目錄，在一本書中使用目錄可以快速找到你想要的信息，而不需要讀完全書。在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)程序使用索引可以重啊到表中的數(shù)據(jù)，而不必掃描整個(gè)表。書中的目錄是一個(gè)字詞以及各字詞所在的頁碼列表，數(shù)據(jù)庫(kù)中的索引是表中的值以及各值存儲(chǔ)位置的列表。

索引的利弊：查詢執(zhí)行的大部分開銷是I/O，使用索引提高性能的一個(gè)主要目標(biāo)是避免全表掃描，因?yàn)槿頀呙栊枰獜拇疟P上讀取表的每一個(gè)數(shù)據(jù)頁，如果有索引指向數(shù)據(jù)值，則查詢只需要讀少數(shù)次的磁盤就行啦。所以合理的使用索引能加速數(shù)據(jù)的查詢。但是索引并不總是提高系統(tǒng)的性能，帶索引的表需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中占用更多的存儲(chǔ)空間，同樣用來增刪數(shù)據(jù)的命令運(yùn)行時(shí)間以及維護(hù)索引所需的處理時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。所以我們要合理使用索引，及時(shí)更新去除次優(yōu)索引。

1.聚集索引和非聚集索引

索引分為聚集索引和非聚集索引

1.1 聚集索引

表的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)頁中（數(shù)據(jù)頁的PageType標(biāo)記為1），SqlServer一頁是8k，存滿一頁就開辟下一頁存儲(chǔ)。如果表有聚集索引，那么一筆一筆物理數(shù)據(jù)就是按聚集索引字段的大小升/降排序存儲(chǔ)在頁中。當(dāng)對(duì)聚集索引字段更新或中間插入/刪除數(shù)據(jù)時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致表數(shù)據(jù)移動(dòng)（造成性能一定影響），因?yàn)樗３稚?降排序。

注意，主鍵只是默認(rèn)是聚集索引，它也可以設(shè)置為非聚集索引，也可以在非主鍵字段上設(shè)置為聚集索引，全表只能有一個(gè)聚集索引。

一個(gè)優(yōu)秀的聚集索引字段一般包含以下4個(gè)特性：

(A).自增長(zhǎng)

總是在末尾增加記錄，減少分頁和索引碎片。

(B).不被更改

減少數(shù)據(jù)移動(dòng)。

(C).唯一性

唯一性是任何索引最理想的特性，可以明確索引鍵值在排序中的位置。

更重要的是，索引鍵指唯一的話，它在每條記錄里才可以正確指向源數(shù)據(jù)行RID。如果聚集索引鍵值不唯一，SqlServer就需要內(nèi)部生成uniquifier 列組合當(dāng)作聚集鍵保證“鍵值”唯一性；如果非聚集索引鍵值不唯一，就會(huì)增加RID列（聚集索引鍵或者堆表中的行指針）保證“鍵值”唯一性。

思考（可略過）：索引“鍵值”在非葉子節(jié)點(diǎn)也有保證唯一性，原因應(yīng)該是為了明確索引記錄在非葉子節(jié)點(diǎn)中的位置。比如有個(gè)非聚集索引字段Name2，表中有很多Name2=’a’的記錄，導(dǎo)致Name2=’a’在非葉子節(jié)點(diǎn)上有多條索引記錄（節(jié)點(diǎn)），這時(shí)候再insert一筆Name2=‘a(chǎn)’的記錄時(shí)，就可以根據(jù)非葉子節(jié)點(diǎn)的RID和新增記錄的RID很快確定要insert到哪個(gè)索引記錄（節(jié)點(diǎn)）上，如果沒有非葉子節(jié)點(diǎn)的RID，那得遍歷到所有Name2=’a’的葉子節(jié)點(diǎn)才能確定位置。另外，當(dāng)我們select * from Table1 where Name2<=’a’時(shí)，返回的數(shù)據(jù)是按非聚集索引Name2和RID排序的，很好理解返回的數(shù)據(jù)就是按這邊索引存儲(chǔ)的順序排序的。這是這條sql查詢時(shí)有用到Name2索引的結(jié)果，如果數(shù)據(jù)庫(kù)查詢計(jì)劃因“臨界點(diǎn)”問題選擇直接表數(shù)據(jù)掃描，那返回的數(shù)據(jù)默認(rèn)就是按表數(shù)據(jù)的順序排序的。

為了“鍵值”唯一性，對(duì)于聚集索引，uniquifier 列只在索引值重復(fù)時(shí)增加。對(duì)于非聚集索引，如果創(chuàng)建索引時(shí)沒定義唯一，RID會(huì)在所有記錄增加，就算索引值是唯一的；如果創(chuàng)建索引時(shí)定義唯一，RID只在葉子層增加，用于查找源數(shù)據(jù)行，即書簽查找操作。

(D).字段長(zhǎng)度小

聚集索引鍵長(zhǎng)度越小，一頁索引頁就可以容納更多索引記錄，進(jìn)而減少索引B樹結(jié)構(gòu)的深度。例如，一個(gè)百萬記錄的表有一個(gè)int聚集索引，可能只需要3層的B樹結(jié)構(gòu)。如果把聚集索引定義在更寬的列（比如uniqueidentifier列需要16 字節(jié)），那么索引的深度會(huì)增加到4層。任何聚集索引查找需要4個(gè)I/O操作（確切的說是4個(gè)邏輯讀），原先只要3個(gè)I/O操作。
同樣，非聚集索引里會(huì)包含聚集索引鍵值，聚集索引鍵長(zhǎng)度越小非聚集索引記錄也就越小，一頁索引頁就可以容納更多索引記錄。

1.2 非聚集索引

也是存儲(chǔ)在頁中（PageType標(biāo)記為2的頁，叫索引頁)。比如表T建立了一個(gè)非聚集索引Index_A，那么表T有100條數(shù)據(jù)的話，那么索引Index_A也就有100條數(shù)據(jù)（準(zhǔn)確的說是100條葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，索引是B樹結(jié)構(gòu)，如果樹的高度大于0，那么就有根節(jié)點(diǎn)頁或中間節(jié)點(diǎn)頁數(shù)據(jù)，這時(shí)索引數(shù)據(jù)就超過100條），如果表T還有非聚集索引Index_B，那么Index_B也是至少100條數(shù)據(jù)，所以索引建越多開銷越大。

更新索引字段、插入一條數(shù)據(jù)、刪除一條數(shù)據(jù)都會(huì)造成索引的維護(hù)從而造成性能的一定影響。在不同情況下，性能影響是不同的。比如當(dāng)你有一個(gè)聚集索引，插入的數(shù)據(jù)又都是在末尾，這樣幾乎是不會(huì)造成數(shù)據(jù)移動(dòng)，影響較小；如果插入的數(shù)據(jù)在中間位置，一般會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)移動(dòng)，而且可能產(chǎn)生分頁和頁碎片，影響就會(huì)稍大一點(diǎn)（如果插入到的中間頁有足夠的剩余空間容納插入的數(shù)據(jù)，而且位置是在頁末，也是不會(huì)造成數(shù)據(jù)移動(dòng)）

2.索引的結(jié)構(gòu)

都說SqlServer的索引是B樹結(jié)構(gòu)（這邊假定你對(duì)B樹結(jié)構(gòu)有一定了解），那它到底長(zhǎng)什么個(gè)模樣呢，可以用Sql語句來查看它的邏輯呈現(xiàn)。

新建查詢執(zhí)行語法： DBCC IND(Test,OrderBo,-1) –其中Test庫(kù)的OrderBo表有1萬筆數(shù)據(jù)，有聚集索引Id主鍵字段
（不妨自己動(dòng)手建個(gè)表，有聚集索引字段，插入1萬表數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行這個(gè)語法看看，會(huì)收獲很多，百聞不如一見）

執(zhí)行結(jié)果：

如上圖，看到一個(gè)IndexLevel=2的索引頁2112（這邊它就是B樹的根節(jié)點(diǎn)，IndexLevel最大的就是根節(jié)點(diǎn)，往下就是子級(jí)、子子級(jí)…只有一個(gè)根頁作為B樹結(jié)構(gòu)的訪問入口點(diǎn)），說明一定還有IndexLevel=1的索引頁和IndexLevel=0的葉子頁。由于這邊是聚集索引，因此當(dāng)IndexLevel=0的葉子頁就是數(shù)據(jù)頁，存儲(chǔ)的是一筆一筆的物理數(shù)據(jù)。如上圖也可以看到，IndexLevel=0的行的PageType等于1，就是代表數(shù)據(jù)頁，上面1.1章節(jié)講到聚集索引時(shí)，也有提到PageType=1；而如果是非聚集索引，IndexLevel=0的葉子頁，PageType是等于 2，仍然是索引頁。

同樣，我們用Sql命令DBCC PAGE看一看

— DBCC TRACEON(3604,-1)
DBCC PAGE(Test,1,2112,3)
–根節(jié)點(diǎn)2112，可以查出它的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)2280和2448，然后對(duì)這兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)再作DBCC PAGE查詢
DBCC PAGE(Test,1,2280,3)
DBCC PAGE(Test,1,2448,3)