資料庫索引如何提高查詢效能以及何時應該使用它？

資料庫索引：工作原理及應用場景

資料庫索引是一種透過特定方式組織資料以提升資料庫查詢效能的技術。隨著資料庫規模的成長，索引變得至關重要，因為它能夠顯著加快資料搜尋和檢索速度。

索引的重要性

當資料儲存在磁碟上時，會被分割為資料區塊。存取這些資料塊需要完整讀取整個區塊，這是一個耗時的過程。對未排序的資料進行搜索需要進行線性搜索，這涉及掃描大量資料區塊，效率低。

什麼是資料庫索引？

索引透過對特定欄位的資料進行排序來實現更快的資料搜尋。當在某個欄位上建立索引時，它會建立一個額外的包含欄位值及其對應記錄指標的資料結構。這個索引結構會被排序，因此能夠執行二分查找，顯著提高效能。

索引的工作原理

考慮以下範例資料庫表：

字段名	数据类型	大小
id	无符号INT	4 字节
firstName	Char(50)	50 字节
lastName	Char(50)	50 字节
emailAddress	Char(100)	100 字节

假設我們有一個使用 MyISAM 引擎（預設區塊大小為 1,024 位元組）的包含 5,000,000 筆記錄的表。搜尋 ID 值（已排序的鍵字段）所需的平均資料區塊訪問次數為 20 次，遠低於線性搜尋所需的 500,000 次訪問。

然而，搜尋未排序的非鍵欄位（如 firstName）需要掃描整個表（1,000,000 次資料區塊存取）。這就是索引發揮作用的地方。

firstName 的索引將具有以下結構：

字段名	数据类型	大小
firstName	Char(50)	50 字节
(记录指针)	特殊	4 字节

此索引允許進行二分查找，平均只需 20 次資料區塊存取即可檢索 firstName 值。這與未建立索引的表中所需的 1,000,000 次訪問相比，有了巨大的改進。

何時使用索引

雖然索引可以提高查詢效能，但它也會帶來開銷（額外的磁碟空間和處理時間）。應根據以下因素仔細選擇索引：

• WHERE 子句中使用的欄位：為經常用於篩選的欄位建立索引可以顯著提高查詢效能。
• 基數：基數高的字段（唯一值多）更適合建立索引，因為它們減少了返回的記錄數量，使二分查找更有效。
• 輸出中未使用的欄位：避免為僅用於輸出的欄位建立索引可以節省磁碟空間並減少插入和刪除操作期間的處理時間。

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