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索引的作用及其使用

来源: 飞诺网  发布时间: 2010-09-20 17:38  阅读: 5420 次  推荐: 0   原文链接   [收藏]  
摘要:在设计我们系统的数据库时,通常需要考虑数据库的索引形式。本文作者详细介绍了数据库索引的作用和它的使用。
[1] 索引的作用及其使用
[2] 索引的作用及其使用

 

  在SQL Server中,当访问数据库中的数据时,由SQL Server确定该表中是否有索引存在。如果没有索引,那么SQL Server使用表扫描的方法访问数据库中的数据。查询处理器根据分布的统计信息生成该查询语句的优化执行规划,以提高访问数据的效率为目标,确定是使用表扫描还是使用索引。 

  索引的选项 

  在创建索引时,可以指定一些选项,通过使用这些选项,可以优化索引的性能。这些选项包括FILLFACTOR选项、PAD_INDEX选项和SORTED_DATA_REORG选项。 

  使用FILLFACTOR选项,可以优化插入语句和修改语句的性能。当某个索引页变满时,SQL Server必须花费时间分解该页,以便为新的记录行腾出空间。使用FILLFACTOR选项,就是在叶级索引页上分配一定百分比的自由空间,以便减少页的分解时间。当在有数据的表中创建索引时,可以使用FILLFACTOR选项指定每一个叶级索引节点的填充的百分比。缺省值是0,该数值等价于100。在创建索引的时候,内部索引节点总是留有了一定的空间,这个空间足够容纳一个或者两个表中的记录。在没有数据的表中,当创建索引的时候,不要使用该选项,因为这时该选项是没有实际意义的。另外,该选项的数值在创建时指定以后,不能动态地得到维护,因此,只应该在有数据的表中创建索引时才使用。 

  PAD_INDEX选项将FILLFACTOR选项的数值同样也用于内部的索引节点,使内部的索引节点的填充度与叶级索引的节点中的填充度相同。如果没有指定FILLFACTOR选项,那么单独指定PAD_INDEX选项是没有实际意义的,这是因为PAD_INDEX选项的取值是由FILLFACTOR选项的取值确定的。 

  当创建聚簇索引时,SORTED_DATA_REORG选项清除排序,因此可以减少建立聚簇索引所需要的时间。当在一个已经变成碎块的表上创建或者重建聚簇索引时,使用SORTED_DATA_REORG选项可以压缩数据页。当重新需要在索引上应用填充度时,也使用该选项。当使用SORTED_DATA_REORG选项时,应该考虑这些因素:SQL Server确认每一个关键值是否比前一个关键值高,如果都不高,那么不能创建索引;SQL Server要求1.2倍的表空间来物理地重新组织数据;使用SORTED_DATA_REORG选项,通过清除排序进程而加快索引创建进程;从表中物理地拷贝数据;当某一个行被删除时,其所占的空间可以重新利用;创建全部非聚簇索引;如果希望把叶级页填充到一定的百分比,可以同时使用FILLFACTOR选项和SORTED_DATA_REORG选项。 

  索引的维护 

  为了维护系统性能,索引在创建之后,由于频繁地对数据进行增加、删除、修改等操作使得索引页发生碎块,因此,必须对索引进行维护。 

  使用DBCC SHOWCONTIG语句,可以显示表的数据和索引的碎块信息。当执行DBCC SHOWCONTIG语句时,SQL Server浏览叶级上的整个索引页,来确定表或者指定的索引是否严重碎块。DBCC SHOWCONTIG语句还能确定数据页和索引页是否已经满了。当对表进行大量的修改或者增加大量的数据之后,或者表的查询非常慢时,应该在这些表上执行DBCC SHOWCONTIG语句。当执行DBCC SHOWCONTIG语句时,应该考虑这些因素:当执行DBCC SHOWCONTIG语句时,SQL Server要求指定表的ID号或者索引的ID号,表的ID号或者索引的ID号可以从系统表sysindexes中得到;应该确定多长时间使用一次DBCC SHOWCONTIG语句,这个时间长度要根据表的活动情况来定,每天、每周或者每月都可以。 

  使用DBCC DBREINDEX语句重建表的一个或者多个索引。当希望重建索引和当表上有主键约束或者唯一性键约束时,执行DBCC DBREINDEX语句。除此之外,执行DBCC DBREINDEX语句还可以重新组织叶级索引页的存储空间、删除碎块和重新计算索引统计。当使用执行DBCC DBREINDEX语句时,应该考虑这些因素:根据指定的填充度,系统重新填充每一个叶级页;使用DBCC DBREINDEX语句重建主键约束或者唯一性键约束的索引;使用SORTED_DATA_REORG选项可以更快地创建聚簇索引,如果没有排列关键值,那么不能使用DBCC DBREINDEX语句;DBCC DBREINDEX语句不支持系统表。另外,还可以使用数据库维护规划向导自动地进行重建索引的进程。 

   统计信息是存储在SQL Server中的列数据的样本。这些数据一般地用于索引列,但是还可以为非索引列创建统计。SQL Server维护某一个索引关键值的分布统计信息,并且使用这些统计信息来确定在查询进程中哪一个索引是有用的。查询的优化依赖于这些统计信息的分布准确度。查询优化器使用这些数据样本来决定是使用表扫描还是使用索引。当表中数据发生变化时,SQL Server周期性地自动修改统计信息。索引统计被自动地修改,索引中的关键值显著变化。统计信息修改的频率由索引中的数据量和数据改变量确定。例如,如果表中有10000行数据,1000行数据修改了,那么统计信息可能需要修改。然而,如果只有50行记录修改了,那么仍然保持当前的统计信息。除了系统自动修改之外,用户还可以通过执行UPDATE STATISTICS语句或者sp_updatestats系统存储过程来手工修改统计信息。使用UPDATE STATISTICS语句既可以修改表中的全部索引,也可以修改指定的索引。 

  使用SHOWPLAN和STATISTICS IO语句可以分析索引和查询性能。使用这些语句可以更好地调整查询和索引。SHOWPLAN语句显示在连接表中使用的查询优化器的每一步以及表明使用哪一个索引访问数据。使用SHOWPLAN语句可以查看指定查询的查询规划。当使用SHOWPLAN语句时,应该考虑这些因素。SET SHOWPLAN_ALL语句返回的输出结果比SET SHOWPLAN_TEXT语句返回的输出结果详细。然而,应用程序必须能够处理SET SHOWPLAN_ALL语句返回的输出结果。SHOWPLAN语句生成的信息只能针对一个会话。如果重新连接SQL Server,那么必须重新执行SHOWPLAN语句。STATISTICS IO语句表明输入输出的数量,这些输入输出用来返回结果集和显示指定查询的逻辑的和物理的I/O的信息。可以使用这些信息来确定是否应该重写查询语句或者重新设计索引。使用STATISTICS IO语句可以查看用来处理指定查询的I/O信息。 

  就象SHOWPLAN语句一样,优化器隐藏也用来调整查询性能。优化器隐藏可以对查询性能提供较小的改进,并且如果索引策略发生了改变,那么这种优化器隐藏就毫无用处了。因此,限制使用优化器隐藏,这是因为优化器隐藏更有效率和更有柔性。当使用优化器隐藏时,考虑这些规则:指定索引名称、当index_id为0时为使用表扫描、当index_id为1时为使用聚簇索引;优化器隐藏覆盖查询优化器,如果数据或者环境发生了变化,那么必须修改优化器隐藏。 

  索引调整向导 
  索引调整向导是一种工具,可以分析一系列数据库的查询语句,提供使用一系列数据库索引的建议,优化整个查询语句的性能。对于查询语句,需要指定下列内容: 

  查询语句,这是将要优化的工作量  
  包含了这些表的数据库,在这些表中,可以创建索引,提高查询性能  
  在分析中使用的表  
  在分析中,考虑的约束条件,例如索引可以使用的最大磁盘空间 

   这里指的工作量,可以来自两个方面:使用SQL Server捕捉的轨迹和包含了SQL语句的文件。索引调整向导总是基于一个已经定义好的工作量。如果一个工作量不能反映正常的操作,那么它建议使用的索引不是实际的工作量上性能最好的索引。索引调整向导调用查询分析器,使用所有可能的组合评定在这个工作量中每一个查询语句的性能。然后,建议在整个工作量上可以提高整个查询语句的性能的索引。如果没有供索引调整向导来分析的工作量,那么可以使用图解器立即创建它。一旦决定跟踪一条正常数据库活动的描述样本,向导能够分析这种工作量和推荐能够提高数据库工作性能的索引配置。

  索引调整向导对工作量进行分析之后,可以查看到一系列的报告,还可以使该向导立即创建所建议的最佳索引,或者使这项工作成为一种可以调度的作业,或者生成一个包含创建这些索引的SQL语句的文件。 

  索引调整向导允许为SQL Server数据库选择和创建一种理想的索引组合和统计,而不要求对数据库结构、工作量或者SQL Server内部达到专家的理解程度。总之,索引调整向导能够作到以下几个方面的工作: 

  通过使用查询优化器来分析工作量中的查询任务,向有大量工作量的数据库推荐一种最佳的索引混合方式  
  分析按照建议作出改变之后的效果,包括索引的用法、表间查询的分布和大量工作中查询的工作效果  
  为少量查询任务推荐调整数据库的方法  
  通过设定高级选项如磁盘空间约束、最大的查询语句数量和每个索引的最多列的数量等,允许定制推荐方式  
  图解器 

   图解器能够实时抓取在服务器中运行的连续图片,可以选取希望监测的项目和事件,包括Transact-SQL语句和批命令、对象的用法、锁定、安全事件和错误。图解器能够过滤这些事件,仅仅显示用户关心的问题。可以使用同一台服务器或者其他服务器重复已经记录的跟踪事件,重新执行那些已经作了记录的命令。通过集中处理这些事件,就能够很容易监测和调试SQL Server中出现的问题。通过对特定事件的研究,监测和调试SQL Server问题变得简单多了。 
查询处理器 

  查询处理器是一种可以完成许多工作的多用途的工具。在查询处理器中,可以交互式地输入和执行各种Transact-SQL语句,并且在一个窗口中可以同时查看Transact-SQL语句和其结果集;可以在查询处理器中同时执行多个Transact-SQL语句,也可以执行脚本文件中的部分语句;提供了一种图形化分析查询语句执行规划的方法,可以报告由查询处理器选择的数据检索方法,并且可以根据查询规划调整查询语句的执行,提出执行可以提高性能的优化索引建议,这种建议只是针对一条查询语句的索引建议,只能提高这一条查询语句的查询性能。 

  系统为每一个索引创建一个分布页,统计信息就是指存储在分布页上的某一个表中的一个或者多个索引的关键值的分布信息。当执行查询语句时,为了提高查询速度和性能,系统可以使用这些分布信息来确定使用表的哪一个索引。查询处理器就是依赖于这些分布的统计信息,来生成查询语句的执行规划。执行规划的优化程度依赖于这些分布统计信息的准确步骤的高低程度。如果这些分布的统计信息与索引的物理信息非常一致,那么查询处理器可以生成优化程度很高的执行规划。相反,如果这些统计信息与索引的实际存储的信息相差比较大,那么查询处理器生成的执行规划的优化程度则比较低。 

  查询处理器从统计信息中提取索引关键字的分布信息,除了用户可以手工执行UPDATE STATISTICS之外,查询处理器还可以自动收集统计这些分布信息。这样,就能够充分保证查询处理器使用最新的统计信息,保证执行规划具有很高的优化程度,减少了维护的需要。当然,使用查询处理器生成的执行规划,也有一些限制。例如,使用执行规划只能提高单个查询语句的性能,但是可能对整个系统的性能产生正面的或者付面的影响,因此,要想提高整个系统的查询性能,应该使用索引调整向导这样的工具。 

  结论 

  在以前的SQL Server版本中,在一个查询语句中,一个表上最多使用一个索引。而在SQL Server 7.0中,索引操作得到了增强。SQL Server现在使用索引插入和索引联合算法来实现在一个查询语句中的可以使用多个索引。共享的行标识符用于连接同一个表上的两个索引。如果某个表中有一个聚簇索引,因此有一个聚簇键,那么该表上的全部非聚簇索引的叶节点使用该聚簇键作为行定位器,而不是使用物理记录标识符。如果表中没有聚簇索引,那么非聚簇索引继续使用物理记录标识符指向数据页。在上面的两种情况中,行定位器是非常稳定的。当聚簇索引的叶节点分开时,由于行定位器是有效的,所以非聚簇索引不需要被修改。如果表中没有聚簇索引,那么页的分开就不会发生。而在以前的版本中,非聚簇索引使用物理记录标识符如页号和行号,作为行的定位器。例如,如果聚簇索引(数据页)发生分解时,许多记录行被移动到了一个新的数据页,因此有了多个新的物理记录标识符。那么,所有的非聚簇索引都必须使用这些新的物理记录标识符进行修改,这样就需要耗费大量的时间和资源。 

  索引调整向导无论对熟练用户还是新用户,都是一个很好的工具。熟练用户可以使用该向导创建一个基本的索引配置,然后在基本的索引配置上面进行调整和定制。新用户可以使用该向导快速地创建优化的索引。

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