数据库索引的创建和维护

1数据库索引的创建和维护一、创建索引的方法创建索引有多种方法，这些方法包括直接创建索引的方法和间接创建索引的方法。①直接创建索引，例如使用CREATEINDEX语句或者使用创建索引向导。②间接创建索引，例如在表中定义主键约束或者唯一性键约束时，同时也创建了索引。虽然，这两种方法都可以创建索引，但是，它们创建索引的具体内容是有区别的。直接创建索引的方法：使用CREATEINDEX语句或者使用创建索引向导来创建索引，这是最基本的索引创建方式，并且这种方法最具有柔性，可以定制创建出符合自己需要的索引。在使用这种方式创建索引时，可以使用许多选项，例如指定数据页的充满度、进行排序、整理统计信息等，这样可以优化索引。使用这种方法，可以指定索引的类型、唯一性和复合性，也就是说，既可以创建聚簇索引，也可以创建非聚簇索引，既可以在一个列上创建索引（即非组合索引），也可以在两个或者两个以上的列上创建索引（即组合索引）。间接创建索引的方法：通过定义主键约束或者唯一性键约束，也可以间接创建索引。主键约束是一种保持数据完整性的逻辑，它限制表中的记录有相同的主键记录。在创建主键约束时，系统自动创建了一个唯一性的聚簇索引。虽然，在逻辑上，主键约束是一种重要的结构，但是，在物理结构上，与主键约束相对应的结构是唯一性的聚簇索引。换句话说，在物理实现上，不存在主键约束，而只存在唯一性的聚簇索引。同样，在创建唯一性键约束时，也同时创建了索引，这种索引则是唯一性的非聚簇索引。因此，这种间接法，在使用约束创建索引时，索引的类型和特征基本上都已经确定了，由用户定制的余地比较小。当在表上定义主键或者唯一性键约束时，如果表中已经有了使用CREATEINDEX语句创建的标准索引时，那么主键约束或者唯一性键约束创建的索引覆盖以前创建的标准索引。也就是说，主键约束或者唯一性键约束创建的索引的优先级高于使用CREATEINDEX语句创建的索引。二、索引的特征索引有两个特征，即唯一性索引和复合索引。唯一性索引保证在索引列中的全部数据是唯一的，不会包含冗余数据。如果表中已经有一个主键约束或者唯一性键约束，那么当创建表或者修改表时，SQLServer自动创建一个唯一性索引。然而，如果必须保证唯一性，那么应该创建主键约束或者唯一性键约束，而不是创建一个唯一性索引。2当创建唯一性索引时，应该认真考虑这些规则：①当在表中创建主键约束或者唯一性键约束时，SQLServer自动创建一个唯一性索引；②如果表中已经包含有数据，那么当创建索引时，SQLServer检查表中已有数据的冗余性；③每当使用插入语句插入数据或者使用修改语句修改数据时，SQLServer检查数据的冗余性：如果有冗余值，那么SQLServer取消该语句的执行，并且返回一个错误消息；确保表中的每一行数据都有一个唯一值，这样可以确保每一个实体都可以唯一确认；④只能在可以保证实体完整性的列上创建唯一性索引，例如，不能在人事表中的姓名列上创建唯一性索引，因为人们可以有相同的姓名。复合索引就是一个索引创建在两个列或者多个列上。在搜索时，当两个或者多个列作为一个关键值时，最好在这些列上创建复合索引。当创建复合索引时，应该考虑这些规则：①最多可以把16个列合并成一个单独的复合索引，构成复合索引的列的总长度不能超过900字节，也就是说复合列的长度不能太长；②在复合索引中，所有的列必须来自同一个表中，不能跨表建立复合列；③在复合索引中，列的排列顺序是非常重要的，因此要认真排列列的顺序，原则上，应该首先定义最唯一的列，例如在（COL1，COL2）上的索引与在（COL2，COL1）上的索引是不相同的，因为两个索引的列的顺序不同；④为了使查询优化器使用复合索引，查询语句中的WHERE子句必须参考复合索引中第一个列；⑤当表中有多个关键列时，复合索引是非常有用的；⑥使用复合索引可以提高查询性能，减少在一个表中所创建的索引数量。三、索引的类型根据索引的顺序与数据表的物理顺序是否相同，可以把索引分成两种类型。一种是数据表的物理顺序与索引顺序相同的聚簇索引，另一种是数据表的物理顺序与索引顺序不相同的非聚簇索引。1.聚簇索引的体系结构索引的结构类似于树状结构，树的顶部称为叶级，树的其它部分称为非叶级，树的根部在非叶级中。同样，在聚簇索引中，聚簇索引的叶级和非叶级构成了一个树状结构，索引的最低级是叶级。在3聚簇索引中，表中的数据所在的数据页是叶级，在叶级之上的索引页是非叶级，索引数据所在的索引页是非叶级。在聚簇索引中，数据值的顺序总是按照升序排列。应该在表中经常搜索的列或者按照顺序访问的列上创建聚簇索引。当创建聚簇索引时，应该考虑这些因素：①每一个表只能有一个聚簇索引，因为表中数据的物理顺序只能有一个；②表中行的物理顺序和索引中行的物理顺序是相同的，在创建任何非聚簇索引之前创建聚簇索引，这是因为聚簇索引改变了表中行的物理顺序，数据行按照一定的顺序排列，并且自动维护这个顺序；③关键值的唯一性要么使用UNIQUE关键字明确维护，要么由一个内部的唯一标识符明确维护，这些唯一性标识符是统自己使用的，用户不能访问；④聚簇索引的平均大小大约是数据表的百分之五，但是，实际的聚簇索引的大小常常根据索引列的大小变化而变化；在索引的创建过程中，SQLServer临时使用当前数据库的磁盘空间，当创建聚簇索引时，需要1.2倍的表空间的大小，因此，一定要保证有足够的空间来创建聚簇索引。当系统访问表中的数据时，首先确定在相应的列上是否存在有索引和该索引是否对要检索的数据有意义。如果索引存在并且该索引非常有意义，那么系统使用该索引访问表中的记录。系统从索引开始浏览到数据，索引浏览则从树状索引的根部开始。从根部开始，搜索值与每一个关键值相比较，确定搜索值是否大于或者等于关键值。这一步重复进行，直到碰上一个比搜索值大的关键值，或者该搜索值大于或者等于索引页上所有的关键值为止。2.非聚簇索引的体系结构非聚簇索引的结构也是树状结构，与聚簇索引的结构非常类似，但是也有明显的不同。在非聚簇索引中，叶级仅包含关键值，而没有包含数据行（即也节点仍然是一个索引）。非聚簇索引表示行的逻辑顺序。非聚簇索引有两种体系结构：一种体系结构是在没有聚簇索引的表上创建非聚簇索引，另一种体系结构是在有聚簇索引的表上创建非聚簇索引。如果一个数据表中没有聚簇索引，那么这个数据表也称为数据堆。当非聚簇索引在数据堆的顶部创建时，系统使用索引页中的行标识符指向数据页中的记录。行标识符存储了数据所在位置的信息。数据堆是通过使用索引分配图（IAM）页来维护的。IAM页包含了数据堆所在簇的存储信息。在系统表sysindexes中，有一个指针指向了与数据堆相关的第一个IAM页。系统使用IAM页在数据堆中浏览和寻找可以插入新的记录行的空间。这些数据页和在这些数据页中的记录没有任何的顺序并且也没有链接在一起。在这些数据页之间的唯一的连接是IAM中记录的顺序。当在数据堆上创建了非聚簇索引时，叶级中包含了指向4数据页的行标识符。行标识符指定记录行的逻辑顺序，由文件ID、页号和行ID组成。这些行的标识符维持唯一性。非聚簇索引的叶级页的顺序不同于表中数据的物理顺序。这些关键值在叶级中以升序维持。当非聚簇索引创建在有聚簇索引的表上的时候，系统使用索引页中的指向聚簇索引的聚簇键。聚簇键存储了数据的位置信息。如果某一个表有聚簇索引，那么非聚簇索引的叶级包含了映射到聚簇键的聚簇键值，而不是映射到物理的行标识符。当系统访问有非聚簇索引的表中数据时，并且这种非聚簇索引创建在聚簇索引上，那么它首先从非聚簇索引来找到指向聚簇索引的指针，然后通过使用聚簇索引来找到数据。当需要以多种方式检索数据时，非聚簇索引是非常有用的。当创建非聚簇索引时，要考虑这些情况：在缺省情况下，所创建的索引是非聚簇索引；在每一个表上面，可以创建不多于249个非聚簇索引，而聚簇索引最多只能有一个。四、系统如何访问表中的数据一般地，系统访问数据库中的数据，可以使用两种方法：表扫描和索引查找。①表扫描法：就是指系统将指针放置在该表的表头数据所在的数据页上，然后按照数据页的排列顺序，一页一页地从前向后扫描该表数据所占有的全部数据页，直至扫描完表中的全部记录。在扫描时，如果找到符合查询条件的记录，那么就将这条记录挑选出来。最后，将全部挑选出来符合查询语句条件的记录显示出来。②索引查找法：索引是一种树状结构，其中存储了关键字和指向包含关键字所在记录的数据页的指针。当使用索引查找时，系统沿着索引的树状结构，根据索引中关键字和指针，找到符合查询条件的的记录（即行数据）。最后，将全部查找到的符合查询语句条件的记录显示出来。在SQLServer中，当访问数据库中的数据时，由SQLServer确定该表中是否有索引存在。如果没有索引，那么SQLServer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。五、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。①FILLFACTOR称为填充因子，它指定创建索引时每个索引页的数据占索引页大小的百分比。FILLFACTOR的值为1到100。缺省值是0，该数值等价于100。可以优化插入语句和修改语句的性能。对于那些频繁进行大量数据插入或删除的表，在建索引时应该为将来生成的索引数据预留较大的空间，即将FILLFACTOR设得较小，否则索引页会因数据的插入而很快填满并产生分页，而分页会大大增加系统的开销。但如果设得过小又会浪费大量的磁盘空间，降低查询性能。因此对于此类表通常设一个大约为10的FILLFACTOR。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5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。②指定填充索引的内部节点的行数至少应大于等于两行。PAD_INDEX选项只有在FILLFACTOR选项指定后才起作用，因为PAD_INDEX使用与FILLFACTOR相同的百分比。单独指定PAD_INDEX选项是没有实际意义的。③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聚引时，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：SQLServer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；SQLServer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。六、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DBCCSHOWCONTIG语句，可以显示表的数据和索引的碎块信息。当执行DBCCSHOWCONTIG语句时，SQLServer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。DBCCSHOWCONTIG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DBCCSHOWCONTIG语句。当执行DBCCSHOWCONTIG语句时，应该考虑这些因素：当执行DBCCSHOWCONTIG语句时，