索引如何指向物理數據

① 資料庫索引的實現原理

資料庫索引的實現原理
一、概述資料庫索引，是資料庫管理系統中一個排序的數據結構，以協助快速查詢、更新資料庫表中數據。索引的實現通常使用B樹及其變種B+樹。在數據之外，資料庫系統還維護著滿足特定查找演算法的數據結構，這些數據結構以某種方式引用(指向)數據，這樣就可以在這些數據結構上實現高級查找演算法。這種數據結構，就是索引。其實說穿了，索引問題就是一個查找問題。二、索引的原理當我們的業務產生了大量的數據時，查找數據的效率問題也就隨之而來，所以我們可以通過為表設置索引，而為表設置索引要付出代價的：一是增加了資料庫的存儲空間，二是在插入和修改數據時要花費較多的時間(因為索引也要隨之變動)。
上圖展示了一種可能的索引方式。左邊是數據表，一共有兩列七條記錄，最左邊的是數據記錄的物理地址(注意邏輯上相鄰的記錄在磁碟上也並不是一定物理相鄰的)。為了加快Col2的查找，可以維護一個右邊所示的二叉查找樹，每個節點分別包含索引鍵值和一個指向對應數據記錄物理地址的指針，這樣就可以運用二叉查找在O(log2n)的復雜度內獲取到相應數據。索引是建立在資料庫表中的某些列的上面。在創建索引的時候，應該考慮在哪些列上可以創建索引，在哪些列上不能創建索引。一般來說，應該在這些列上創建索引：在經常需要搜索的列上，可以加快搜索的速度;在作為主鍵的列上，強制該列的唯一性和組織表中數據的排列結構;在經常用在連接的列上，這些列主要是一些外鍵，可以加快連接的速度;在經常需要根據范圍進行搜索的列上創建索引，因為索引已經排序，其指定的范圍是連續的;在經常需要排序的列上創建索引，因為索引已經排序，這樣查詢可以利用索引的排序，加快排序查詢時間;在經常使用在WHERE子句中的列上面創建索引，加快條件的判斷速度。創建索引可以大大提高系統的性能第一，通過創建唯一性索引，可以保證資料庫表中每一行數據的唯一性。第二，可以大大加快數據的檢索速度，這也是創建索引的最主要的原因。第三，可以加速表和表之間的連接，特別是在實現數據的參考完整性方面特別有意義。第四，在使用分組和排序子句進行數據檢索時，同樣可以顯著減少查詢中分組和排序的時間。第五，通過使用索引，可以在查詢的過程中，使用優化隱藏器，提高系統的性能。也許會有人要問：增加索引有如此多的優點，為什麼不對表中的每一個列創建一個索引呢?因為，增加索引也有許多不利的方面。創建索引的弊端第一，創建索引和維護索引要耗費時間，這種時間隨著數據量的增加而增加。第二，索引需要佔物理空間，除了數據表占數據空間之外，每一個索引還要佔一定的物理空間，如果要建立聚簇索引，那麼需要的空間就會更大。第三，當對表中的數據進行增加、刪除和修改的時候，索引也要動態的維護，這樣就降低了數據的維護速度。同樣，對於有些列不應該創建索引。一般來說，不應該創建索引的的這些列具有下列特點：第一，對於那些在查詢中很少使用或者參考的列不應該創建索引。這是因為，既然這些列很少使用到，因此有索引或者無索引，並不能提高查詢速度。相反，由於增加了索引，反而降低了系統的維護速度和增大了空間需求。第二，對於那些只有很少數據值的列也不應該增加索引。這是因為，由於這些列的取值很少，例如人事表的性別列，在查詢的結果中，結果集的數據行佔了表中數據行的很大比例，即需要在表中搜索的數據行的比例很大。增加索引，並不能明顯加快檢索速度。第三，對於那些定義為text, image和bit數據類型的列不應該增加索引。這是因為，這些列的數據量要麼相當大，要麼取值很少。第四，當修改性能遠遠大於檢索性能時，不應該創建索引。這是因為，修改性能和檢索性能是互相矛盾的。當增加索引時，會提高檢索性能，但是會降低修改性能。當減少索引時，會提高修改性能，降低檢索性能。因此，當修改性能遠遠大於檢索性能時，不應該創建索引。三、索引的類型根據資料庫的功能，可以在資料庫設計器中創建三種索引：唯一索引、主鍵索引和聚集索引。唯一索引唯一索引是不允許其中任何兩行具有相同索引值的索引。當現有數據中存在重復的鍵值時，大多數資料庫不允許將新創建的唯一索引與表一起保存。資料庫還可能防止添加將在表中創建重復鍵值的新數據。例如，如果在employee表中職員的姓(lname)上創建了唯一索引，則任何兩個員工都不能同姓。主鍵索引資料庫表經常有一列或列組合，其值唯一標識表中的每一行。該列稱為表的主鍵。在資料庫關系圖中為表定義主鍵將自動創建主鍵索引，主鍵索引是唯一索引的特定類型。該索引要求主鍵中的每個值都唯一。當在查詢中使用主鍵索引時，它還允許對數據的快速訪問。聚集索引在聚集索引中，表中行的物理順序與鍵值的邏輯(索引)順序相同。一個表只能包含一個聚集索引。如果某索引不是聚集索引，則表中行的物理順序與鍵值的邏輯順序不匹配。與非聚集索引相比，聚集索引通常提供更快的數據訪問速度。四、局部性原理與磁碟預讀由於存儲介質的特性，磁碟本身存取就比主存慢很多，再加上機械運動耗費，磁碟的存取速度往往是主存的幾百分分之一，因此為了提高效率，要盡量減少磁碟I/O。為了達到這個目的，磁碟往往不是嚴格按需讀取，而是每次都會預讀，即使只需要一個位元組，磁碟也會從這個位置開始，順序向後讀取一定長度的數據放入內存。這樣做的理論依據是計算機科學中著名的局部性原理：當一個數據被用到時，其附近的數據也通常會馬上被使用。程序運行期間所需要的數據通常比較集中。由於磁碟順序讀取的效率很高(不需要尋道時間，只需很少的旋轉時間)，因此對於具有局部性的程序來說，預讀可以提高I/O效率。預讀的長度一般為頁(page)的整倍數。頁是計算機管理存儲器的邏輯塊，硬體及操作系統往往將主存和磁碟存儲區分割為連續的大小相等的塊，每個存儲塊稱為一頁(在許多操作系統中，頁得大小通常為4k)，主存和磁碟以頁為單位交換數據。當程序要讀取的數據不在主存中時，會觸發一個缺頁異常，此時系統會向磁碟發出讀盤信號，磁碟會找到數據的起始位置並向後連續讀取一頁或幾頁載入內存中，然後異常返回，程序繼續運行。五、B樹和B+樹數據結構1、B樹B樹中每個節點包含了鍵值和鍵值對於的數據對象存放地址指針，所以成功搜索一個對象可以不用到達樹的葉節點。成功搜索包括節點內搜索和沿某一路徑的搜索，成功搜索時間取決於關鍵碼所在的層次以及節點內關鍵碼的數量。在B樹中查找給定關鍵字的方法是：首先把根結點取來，在根結點所包含的關鍵字K1,…,kj查找給定的關鍵字(可用順序查找或二分查找法)，若找到等於給定值的關鍵字，則查找成功;否則，一定可以確定要查的關鍵字在某個Ki或Ki+1之間，於是取Pi所指的下一層索引節點塊繼續查找，直到找到，或指針Pi為空時查找失敗。2、B+樹B+樹非葉節點中存放的關鍵碼並不指示數據對象的地址指針，非也節點只是索引部分。所有的葉節點在同一層上，包含了全部關鍵碼和相應數據對象的存放地址指針，且葉節點按關鍵碼從小到大順序鏈接。如果實際數據對象按加入的順序存儲而不是按關鍵碼次數存儲的話，葉節點的索引必須是稠密索引，若實際數據存儲按關鍵碼次序存放的話，葉節點索引時稀疏索引。B+樹有2個頭指針，一個是樹的根節點，一個是最小關鍵碼的葉節點。所以 B+樹有兩種搜索方法：一種是按葉節點自己拉起的鏈表順序搜索。一種是從根節點開始搜索，和B樹類似，不過如果非葉節點的關鍵碼等於給定值，搜索並不停止，而是繼續沿右指針，一直查到葉節點上的關鍵碼。所以無論搜索是否成功，都將走完樹的所有層。B+ 樹中，數據對象的插入和刪除僅在葉節點上進行。這兩種處理索引的數據結構的不同之處：1、B樹中同一鍵值不會出現多次，並且它有可能出現在葉結點，也有可能出現在非葉結點中。而B+樹的鍵一定會出現在葉結點中，並且有可能在非葉結點中也有可能重復出現，以維持B+樹的平衡。2、因為B樹鍵位置不定，且在整個樹結構中只出現一次，雖然可以節省存儲空間，但使得在插入、刪除操作復雜度明顯增加。B+樹相比來說是一種較好的折中。3、B樹的查詢效率與鍵在樹中的位置有關，最大時間復雜度與B+樹相同(在葉結點的時候)，最小時間復雜度為1(在根結點的時候)。而B+樹的時候復雜度對某建成的樹是固定的。六、B/+Tree索引的性能分析到這里終於可以分析B-/+Tree索引的性能了。上文說過一般使用磁碟I/O次數評價索引結構的優劣。先從B-Tree分析，根據B-Tree的定義，可知檢索一次最多需要訪問h個節點。資料庫系統的設計者巧妙利用了磁碟預讀原理，將一個節點的大小設為等於一個頁，這樣每個節點只需要一次I/O就可以完全載入。為了達到這個目的，在實際實現B-Tree還需要使用如下技巧：每次新建節點時，直接申請一個頁的空間，這樣就保證一個節點物理上也存儲在一個頁里，加之計算機存儲分配都是按頁對齊的，就實現了一個node只需一次I/O。B-Tree中一次檢索最多需要h-1次I/O(根節點常駐內存)，漸進復雜度為O(h)=O(logdN)。一般實際應用中，出度d是非常大的數字，通常超過100，因此h非常小(通常不超過3)。而紅黑樹這種結構，h明顯要深的多。由於邏輯上很近的節點(父子)物理上可能很遠，無法利用局部性，所以紅黑樹的I/O漸進復雜度也為O(h)，效率明顯比B-Tree差很多。綜上所述，用B-Tree作為索引結構效率是非常高的。

② 什麼是索引，主索引與普通索引有什麼不同

索引是對資料庫表中一列或多列的值進行排序的一種結構，例如
employee
表的姓（name）列。如果要按姓查找特定職員，與必須搜索表中的所有行相比，索引會幫助您更快地獲得該信息。
索引是一個單獨的、物理的資料庫結構，它是某個表中一列或若干列值的集合和相應的指向表中物理標識這些值的數據頁的邏輯指針清單。
索引提供指向存儲在表的指定列中的數據值的指針，然後根據您指定的排序順序對這些指針排序。資料庫使用索引的方式與您使用書籍中的索引的方式很相似：它搜索索引以找到特定值，然後順指針找到包含該值的行。
在資料庫關系圖中，您可以在選定表的「索引/鍵」屬性頁中創建、編輯或刪除每個索引類型。當保存索引所附加到的表，或保存該表所在的關系圖時，索引將保存在資料庫中。
可以基於資料庫表中的單列或多列創建索引。多列索引使您可以區分其中一列可能有相同值的行。
如果經常同時搜索兩列或多列或按兩列或多列排序時，索引也很有幫助。例如，如果經常在同一查詢中為姓和名兩列設置判據，那麼在這兩列上創建多列索引將很有意義。
確定索引的有效性：
檢查查詢的
WHERE
和
JOIN
子句。在任一子句中包括的每一列都是索引可以選擇的對象。
對新索引進行試驗以檢查它對運行查詢性能的影響。
考慮已在表上創建的索引數量。最好避免在單個表上有很多索引。
檢查已在表上創建的索引的定義。最好避免包含共享列的重疊索引。
檢查某列中唯一數據值的數量，並將該數量與表中的行數進行比較。比較的結果就是該列的可選擇性，這有助於確定該列是否適合建立索引，如果適合，確定索引的類型。
建立索引的優點：
1.大大加快數據的檢索速度;
2.創建唯一性索引，保證資料庫表中每一行數據的唯一性;
3.加速表和表之間的連接;
4.在使用分組和排序子句進行數據檢索時，可以顯著減少查詢中分組和排序的時間。
索引類型：
根據資料庫的功能，可以在資料庫設計器中創建四種索引：唯一索引、非唯一索引、主鍵索引和聚集索引。
盡管唯一索引有助於定位信息，但為獲得最佳性能結果，建議改用主鍵或唯一約束。
唯一索引：
唯一索引是不允許其中任何兩行具有相同索引值的索引。
當現有數據中存在重復的鍵值時，大多數資料庫不允許將新創建的唯一索引與表一起保存。資料庫還可能防止添加將在表中創建重復鍵值的新數據。例如，如果在
employee
表中職員的姓
(lname)
上創建了唯一索引，則任何兩個員工都不能同姓。
非唯一索引：
非唯一索引是相對唯一索引，允許其中任何兩行具有相同索引值的索引。
當現有數據中存在重復的鍵值時，資料庫是允許將新創建的索引與表一起保存。這時資料庫不能防止添加將在表中創建重復鍵值的新數據。
主鍵索引：
資料庫表經常有一列或列組合，其值唯一標識表中的每一行。該列稱為表的主鍵。
在資料庫關系圖中為表定義主鍵將自動創建主鍵索引，主鍵索引是唯一索引的特定類型。該索引要求主鍵中的每個值都唯一。當在查詢中使用主鍵索引時，它還允許對數據的快速訪問。
聚集索引（也叫聚簇索引）：
在聚集索引中，表中行的物理順序與鍵值的邏輯（索引）順序相同。一個表只能包含一個聚集索引。
如果某索引不是聚集索引，則表中行的物理順序與鍵值的邏輯順序不匹配。與非聚集索引相比，聚集索引通常提供更快的數據訪問速度。

③ 資料庫索引是什麼，有什麼用，怎麼用

下面是關於資料庫索引的相關知識：

1. 簡單來說，資料庫索引就是資料庫的數據結構！進一步說則是該數據結構中存儲了一張表中某一列的所有值，也就是說索引是基於數據表中的某一列創建的。總而言之：一個索引是由表中某一列上的數據組成，並且這些數據存儲在某個數據結構中。

4.例如這樣一個查詢：select * from table1 where id=10000。如果沒有索引，必須遍歷整個表，直到ID等於10000的這一行被找到為止；有了索引之後(必須是在ID這一列上建立的索引)，即可在索引中查找。由於索引是經過某種演算法優化過的，因而查找次數要少的多。可見，索引是用來定位的。

5.從數據搜索實現的角度來看，索引也是另外一類文件/記錄，它包含著可以指示出相關數據記錄的各種記錄。其中，每一索引都有一個相對應的搜索碼，字元段的任意一個子集都能夠形成一個搜索碼。這樣，索引就相當於所有數據目錄項的一個集合，它能為既定的搜索碼值的所有數據目錄項提供定位所需的各種有效支持

④ 解釋mysql中什麼是索引它的作用是什麼

索引的意義 ·索引在資料庫中的作用相當於目錄在書籍中的作用類似，都用來提高查找信息的速度。 ·索引是一個表中所包含值的列表，其中註明了表中包含各個值的行所在的存儲位置，使用索引查找數據時，先從索引對象中獲得相關列的存儲位置，然後再直接去其存儲位置查找所需信息，這樣就無需對這個表進行掃描，從而可以快速的找到所需數據。

⑤ 資料庫中的索引是什麼意思

什麼是索引：
索引是資料庫存儲引擎用於快速查找到指定數據的一種數據結構。
可以用新華字典做類比：如果新華字典中對每個字的詳細解釋是資料庫中表的記錄，那麼按部首或拼音等排序的目錄就是索引，使用它可以讓我們快速查找的某一個字詳細解釋的位置。
在MySQL中，存儲引擎也是用了類似的方法，先在索引中找到對應的值，然後再根據匹配的索引值找到對應表中記錄的位置。
面試中為什麼問索引：
之所以在索引在面試中經常被問到，就是因為：索引是資料庫的良好性能表現的關鍵，也是對查詢能優化最有效的手段。索引能夠輕易地把查詢性能提高幾個數量級。
然而，糟糕的索引也同樣會影響查詢性能，當表中的數據量越來越多的時候，索引對性能的影響就越大。在數據量比較少並且負責比較低的時候，糟糕的索引對性能的影響可能不明顯，但是當數據量逐漸增多的時候，性能會急劇下降。
索引的類型：
不同類型的索引，可以為不同場景提供更好的性能。在MySQL中，索引是在存儲引擎層面實現的，而不是在伺服器層面實現的。正如大家所知道，MySQL支持多種類型的存儲引擎。所以，在不同存儲引擎中索引的實現方式並不是一樣的，也不是所有類型的索引都被所有存儲引擎支持的，即使多個存儲引擎支持同一種類型的索引，它底層的實現也有可能是不相同的。

⑥ 索引是什麼意思

索引是一種單獨的、物理的對資料庫表中一列或多列的值進行排序的一種存儲結構，它是某個表中一列或若干列值的集合和相應的指向表中物理標識這些值的數據頁的邏輯指針清單。

索引的作用相當於圖書的目錄，可以根據目錄中的頁碼快速找到所需的內容。索引提供指向存儲在表的指定列中的數據值的指針，然後根據您指定的排序順序對這些指針排序。

(6)索引如何指向物理數據擴展閱讀：

1、作用

（1）快速取數據。

（2）實現表與表之間的參照完整性。

（3）可以減少排序和分組的時間。

2、類型

（1）普通索引：最基本的索引類型，沒有唯一性之類的限制。

（2）非聚集索引：資料庫表中記錄的物理順序與索引順序可以不相同。

（3）修改索引：對於已經建立的索引，如果需要對其重新命名，可以使用ALTER INDEX 語句。

3、注意事項

（1）每一列都是索引可以選擇的對象。

（2）對新索引進行試驗以檢查它對運行查詢性能的影響。

（3）避免在單個表上有很多索引。

⑦ 什麼是索引索引類型有幾種，各有什麼特點

索引是對資料庫表中一列或多列的值進行排序的一種結構，使用索引可快速訪問資料庫表中的特定信息。是一種單獨的、物理的對資料庫表中一列或多列的值進行排序的一種存儲結構，它是某個表中一列或若干列值的集合和相應的指向表中物理標識這些值的數據頁的邏輯指針清單。

索引有三種類型：

1. 唯一索引：唯一索引是不允許其中任何兩行具有相同索引值的索引。當現有數據中存在重復的鍵值時，大多數資料庫不允許將新創建的唯一索引與表一起保存。

2. 主鍵索引：資料庫表經常有一列或多列組合，其值唯一標識表中的每一行。該列稱為表的主鍵。在資料庫關系圖中為表定義主鍵將自動創建主鍵索引，主鍵索引是唯一索引的特定類型。該索引要求主鍵中的每個值都唯一。

3. 聚焦索引：在聚集索引中，表中行的物理順序與鍵值的邏輯（索引）順序相同。一個表只能包含一個聚集索引。如果某索引不是聚集索引，則表中行的物理順序與鍵值的邏輯順序不匹配。

(7)索引如何指向物理數據擴展閱讀：

通過建立索引可以極大地提高在資料庫中獲取所需信息的速度，同時還能提高伺服器處理相關搜索請求的效率，從這個方面來看它具有以下優點：

1. 在設計資料庫時，通過創建一個惟一的索引，能夠在索引和信息之間形成一對一的映射式的對應關系，增加數據的惟一性特點。

2. 能提高數據的搜索及檢索速度，符合資料庫建立的初衷。

3. 能夠加快表與表之間的連接速度，這對於提高數據的參考完整性方面具有重要作用。

4. 在信息檢索過程中，若使用分組及排序子句進行時，通過建立索引能有效的減少檢索過程中所需的分組及排序時間，提高檢索效率。

5. 建立索引之後，在信息查詢過程中可以使用優化隱藏器，這對於提高整個信息檢索系統的性能具有重要意義。