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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