Oracle索引原理

索引是一种允许直接访问数据表中某一数据行的树型结构，为了提高查询效率而引入，是一个独立于表的对象，可以存放在与表不同的表空间中。索引记录中存有索引关键字和指向表中数据的指针（地址）。对索引进行的I/O操作比对表进行操作要少很多。索引一旦被建立就将被Oracle系统自动维护，查询语句中不用指定使用哪个索引。

分类可以按逻辑设计和物理实现来分类。

索引逻辑分类

单列索引：基于一列的操作

多列索引：组合索引，最多为32列。组合索引的列不一定与表中列顺序相同。

惟一索引：列的值各不相同。

非惟一索引：列的值允许相同。

基于函数的惟一索引：利用表中一列或多列基于函数表达式所创建的索引。既可以是B-树，也可以是位图索引。

索引物理分类

分区或非分区索引，非分区既可以是B－树，也可以是位图索引。

B-树：包括正常或反转关键字索引，反转关键字在数据库优化中介绍。

位图索引

B-树索引

索引的存储方式

虽然所有索引都使用 B 树结构，但术语“B 树索引”通常与存储每个关键字的行标识列表的索引关联。

B 树索引结构

至上而下，是根结点、分枝结点及叶子结点，叶子结点中有指向表中数据行的索引行。叶子结点被双向链表在一起，以方便按索引关键字升序或降序扫描。

索引的顶部为根，其中包含指向索引中下一级的项，下一级为分枝块，分枝块又指向索引中下一级的块，最低一级为叶节点，其中包含指向表行的索引项。叶块为双重链接，有助于按关键字值的升序和降序扫描索引。

索引项叶节点的格式

索引项由以下三部分组成：

项标题（entry header），存储列数和锁定信息
关键字列的“长度- 值”(length-value pairs) ，必需成对出现，定义了列长度，紧跟在列长度之后的就是列的值。
行的行标识（RowID），包含关键字值。

索引项叶结点的特征

在非分区表上的 B 树索引中：

如果多行具有相同的关键字值，并且索引没有被压缩，则关键字值重复存放。
没有索引项与所有关键字列都为 NULL 的行对应，即如果某列值为Null，则不存储相应的索引项。如果Where子句中索引的所在列值为null，Oracle将不使用索引进行全表扫描。
因为所有行都属于同一段，所以使用受限行标识指向表中的行，使用RowID可以节省索引存储空间。

DML 操作对索引的影响

当在表上执行 DML 操作时，Oracle 服务器将自动维护所有的索引，下面解释 DML命令对索引的影响：

插入（Insert）操作导致在适当的块中插入索引项。
删除（Delete）行只导致逻辑删除索引项，删除的行所用的空间不能用于新项，直到删除块中的所有项。
更新（Update）操作将选删除，再插入，除了在创建时，其它任何时候PCTFREE 设置对索引都没有影响，即使索引块空间少于 PCTFREE 指定的空间，仍可以向索引块添加新项。

位图索引也是一种B树，但叶子结点存的不是RowID，而是每一个键值的位图。

当表包含数百万行且关键字列的基数低时——即该列有非常少的独特值。例如，对包含护照记录的表的性别列和婚姻状况列，位图索引比 B 树索引更适合。

当查询经常使用涉及 OR 运算符的多个 WHERE 条件组合时。
当关键字列上存在只读或很少的更新操作时。

位图索引的结构

位图索引也可以组织为 B 树，但叶节点存储每个关键字值的位图而非行标识列表，位图中的每一位对应一个可能的行标识（RowID），如果设置了位，则意味着具有相应行标识的行包含关键字值。

如图所示，位图索引的叶节点包含下列几项：

项标题（entry header），包含列数和锁定信息
关键字值(key values)由每个关键字列的 length-value 双值组成，（本例中，关键字仅包含一列，第一项的关键字值为 Blue）
开始行标识（Start RowID），本例中的开始行标识包含文件号 3 ，块号 10，行号 0
结束行标识（End RowID），本例中的结束行标识包含块号 12 和 1 行号 8
位图段由位串组成（对应的行包含关键字值时设置位，不包含关键字值时不设置位，Oracle 服务器使用专利压缩技术存储位图段。）

开始行标识是位图的位图段所指向的第一行的行标识——即，位图的第一位对应此行标识，位图的第二位对应块中的下一行，而结束行标识是位图段所包含的表中最后一行的指针，位图索引使用受限行标识。

使用位图索引

B 树用于定位包含给定关键字值的位图段的叶节点，开始行标识和位图段用于定位包含关键字值的行。当更改表中的关键字列时，必须修改位图，这将导致锁定相关的位图段，由于锁是在整个位图段上获取的，位图包含的行直到第一个事务结束后才能由其它事务更新。

位图所使用的存储空间比B树小得多，通常情况下，Oracle将位图索引段装入到内存中，内存的速度是远大于磁盘空间操作的速度的。此外，进行And与Or等逻辑操作时，Oracle使用的是位操作，所以执行效率也很快。

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