Oracle_高级功能 索引

Posted 2020-12-02 Brad Miller

1.oracle优化器
优化目标分为4种:
choose (选择性)
rule (基于规则)
first rows(第一行)
all rows(所有行)
Description:描述sql的执行计划
Object owner:对象模式
Object name:对象名
Cost：花费（的时间）
Cardinality:基数，约等于行数
Bytes:空间（访问的存储空间）

2.table的访问方式
2.1全表扫描(table access full)
全表扫描就是顺序地访问表中每条记录。
oracle采用一次读入多个数据块(database block)的方式优化全表扫描。
举例：
select * from emp;

2.2通过rowid访问表(table access by user/index rowid)
可以采用基于rowid的访问方式情况,提高访问表的效率。
rowid包含了表中记录的物理位置信息。
oracle采用索引(index)实现了数据和存放数据的物理位置(rowid)之间的联系。
通常索引提供了快速访问rowid的方法,因此那些基于索引列的查询就可以得到性能上的提高。
举例：
select rowid,emp.* from emp where rowid=‘AAAR3sAAEAAAACXAAA‘;
select * from emp where empno=7788;

--清除数据库内存缓冲区
alter system flush buffer_cache;

索引（index）
1.索引定义
索引是一种与表相关联的可选结构，有时可以提高数据访问速度。
通过在表中的一个或多个列上创建索引，
通常情况下能够(快速地)从随机分布的表行中检索一小部分行。
索引是减少磁盘 i/o 的许多手段之一。
如果一个表没有索引，数据库必须执行全表扫描来查找值。
测试：
select * from all_objects;
create table tab_all_objects as select * from all_objects;
select * from tab_all_objects;
35s-->26s
select * from tab_all_objects where object_name=‘STUDENT‘;
0.531s-->0.015s
create index idx_object_name on tab_all_objects (object_name);
练习：
select owner,view_name,text_length,editioning_view,read_only from all_views;
create table tab_all_views as select owner,view_name,text_length,editioning_view,read_only from all_views;
select * from tab_all_views;
0.515s-->0.498s
select * from tab_all_views where view_name=‘VIEW_EMP‘;
0.499s-->0.062s
create index idx_view_name on tab_all_views (view_name);

select * from emp,dept where emp.deptno=dept.deptno;
0.109s-->0.031s
create index idx_emp_deptno on emp (deptno);
通常，在下列情况下可以考虑在某列上创建索引：
某个列经常被作为查询条件，并且查询结果只返回了表中的一小部分行。5% >20%
列或列集上存在引用完整性约束（是外键列）。

二、语法
2.1 创建索引
create [unique | bitmap] index 索引名 on 表名 { ([<expr>] <col> [asc | desc] [, …])
举例：
create index idx_emp_deptno on emp (deptno); 普通索引
create unique index idx_emp_ename on emp (ename); 唯一索引
create index idx_emp_job_sal on emp (job,sal); 复合索引
create index idx_emp_sal on emp (sal*12); 函数索引

select * from emp where deptno=20;
select * from emp where ename=‘FORD‘;
select * from emp where job=‘MANAGER‘ and sal>=2500;
select * from emp where sal*12>=20000;

select * from tab_all_objects where object_id=74975;
create index idx_object_id on tab_all_objects (object_id);

--select * from tab_all_objects where object_type=‘SYNONYM‘;
--create index idx_object_type on tab_all_objects (object_type);

2.2 修改索引
alter index <ind> {enable | disable};
alter index <ind> rename to <new>;
举例：
alter index IDX_EMP_SAL disable;
alter index idx_emp_deptno disable;
alter index IDX_EMP_SAL rename to IDX_EMP_SAL1;
alter index IDX_EMP_SAL1 rename to IDX_EMP_SAL;

2.3 删除索引
drop index <ind>;
举例：
--drop index IDX_EMP_SAL;

2.4 分析索引
analyze index <ind> validate structure online|offline;
举例：
analyze index IDX_EMP_SAL validate structure online;

2.5 重建索引
alter index <ind> rebuild
举例：
alter index IDX_EMP_SAL rebuild;

--授权
connect sys/123 as sysdba;
grant create any index,drop any index,alter any index to scott;

三、索引特征
索引是一种模式对象，它在逻辑上和物理上都与其相关联表对象的数据保持独立。
因此，可以删除或创建索引而不会实际影响相关的表。
如果删除一个索引，应用程序将仍然可以工作。不过，访问之前通过索引访问的数据可能会变慢。
索引的存在与否，不需要改变任何sql语句的写法。
索引是到单一行数据的快速访问路径。它只影响执行的速度。
对于一个已被索引的给定的数据值，索引直接指向包含该值的行的位置。
在表上存在过多的索引，会降低dml性能，因为数据库还必须更新索引。
主键和唯一键会自动生成索引，但需要手动在外键上创建索引。
create index ind_emp_deptno on emp_test (deptno);
select * from emp,dept where emp.deptno=dept.deptno;

四、复合索引
复合索引，也称为连接索引，是在某个表中的多个列上的索引。
复合索引中的列应该以在检索数据的查询中最有意义的顺序出现，但在表中不必是相邻的。
若 where 子句引用了复合索引中的所有列或前导列，
复合索引可以加快 select 语句的数据检索速度。
所以，在定义中所使用的列顺序很重要。一般地，最常被访问的列放在前面。

五、唯一索引和非唯一索引
索引可以是唯一的或非唯一的。
唯一索引保证在表的键列或键列集上没有具有重复的值的行。
在一个唯一索引中，对每个数据值都存在一个 rowid。叶块中的数据仅根据键排序。
非唯一索引允许在索引的列或列集中有重复的值。
对于非唯一索引，rowid 被包含在键中且已排序，
因此非唯一索引按索引键和 rowid （升序） 进行排序。

六、索引类型
索引类型分为：b-树索引、位图索引、基于函数的索引

6.1 b-树索引
这是索引的标准类型。对于主键和高选择性索引非常适合。
平衡树，简称b-树，是最常见的数据库索引类型。
一个 b-树索引是被划分为多个范围的已排序的值列表。
通过将键与一行或行范围关联起来 ，b-树可以对多种类型的查询提供优秀的检索性能，
包括精确匹配和范围搜索等。

二分查找算法是在有序数组中用到的较为频繁的一种算法。
在未接触二分查找算法时，
最通用的一种做法是，对数组进行遍历，跟每个元素进行比较，其时间为O(n).
但二分查找算法则更优，因为其查找时间为O(lgn)。
比如数组{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}，查找元素6，
用二分查找的算法执行的话，其顺序为：
1.找中位数，用中位数和6比较，如果中位数比6大，则在中位数左侧数组中查找；如果中位数比6小，则在中位数右侧数组中查找；
2.循环步骤1，直到等于要查找的值，并返回；或者找不到要查找的值，则返回空。

select index_type,count(1) from dba_indexes where 1=1 group by index_type order by count(1) desc;
1 NORMAL 3681
2 LOB 901 BLOB、CLOB列产生的，非单独索引（view PLAN_TABLE$;）
3 IOT - TOP 158 索引组织表的主键索引(view SQLLOG$;)
4 FUNCTION-BASED NORMAL 40 基于函数的索引(view DBFS$_MOUNTS;)
5 BITMAP 16 位图索引
6 CLUSTER 10
7 FUNCTION-BASED DOMAIN 4
8 DOMAIN 1

create bitmap index SH.SALES_PROD_BIX on SH.SALES (PROD_ID);

6.2 位图索引
在位图索引中，索引条目使用位图来指向多个行。
create index idx_emp_deptno on emp (deptno);
drop index idx_emp_deptno;
create bitmap index idx_emp_deptno on emp (deptno);

6.3 基于函数的索引
这种类型的索引包括经过一个函数（如upper函数）转换过的列，或包括在表达式中的列。
create index idx_emp_ename_lower on emp (lower(ename));

七、索引扫描
在索引扫描中，数据库使用语句指定的索引列，通过遍历索引来检索行。
数据库扫描索引，将使用n个i/o就能找到其要查找的值，其中 n 即是b-树索引的高度。
这是数据库索引背后的基本原理。
如果 sql 语句仅访问被索引的列，那么数据库只需直接从索引中读取值，而不用读取表。
如果该语句同时还需要访问除索引列之外的列，那么数据库会使用 rowid 来查找表中的行。
通常，为检索表数据，数据库以交替方式先读取索引块，然后读取相应的表块。

7.1.完全索引扫描 INDEX FULL SCAN
select emp.* from emp,dept where emp.deptno=dept.deptno;
在完全索引扫描中，数据库顺序读取整个索引。
如果在 sql 语句中的谓词 （where 子句） 引用了一个索引列，
或者在某些情况下未不指定任何谓词，此时可能使用完全索引扫描。
完全扫描可以消除排序，因为数据本身就是基于索引键排过序的。

7.2快速完全索引扫描 INDEX FAST FULL SCAN
select view_name from tab_all_views;
--all rows
快速完全索引扫描是一种完全索引扫描，数据库并不按特定的顺序读取索引块。
数据库仅访问索引本身中的数据，而无需访问表。
当索引包含了查询所需的所有列，且索引键中至少一列具有 not null 约束时，快速完全索引扫描可以替代全表扫描。

7.3 索引范围扫描 INDEX RANGE SCAN
create index idx_emp_deptno on emp (deptno);
select * from emp where deptno=10;
索引范围扫描是对索引的有序扫描，具有以下特点：
在条件中指定了一个或多个索引前导列。
条件指定一个或多个表达式和逻辑 （布尔） 运算符的组合，并返回一个值（ true、 false，或unknown）。
一个索引键可能对应0个、1个或更多个值。
通常，数据库使用索引范围扫描来访问选择性的数据。
选择性是查询所选择的数据占总行数的百分比， 0 意味着没有任何行，1 表示所有行。
选择性与一个（或多个）查询谓词相关，比如where last_name like ‘a%‘。
值越接近 0的谓词越具有选择性，相反，越接近1的谓词则越不具有选择性。

7.4 唯一索引扫描 INDEX UNIQUE SCAN
select * from emp where empno=7788;

相对于索引范围扫描，唯一索引扫描必须是 有0个 或 1个 rowid 与索引键相关联。
当一个谓词使用相等运算符引用了唯一索引键的所有列时，数据库将执行唯一扫描。
只要找到了第一个记录，唯一索引扫描就停止处理，因为不可能有第二个记录满足条件。

7.5 索引跳跃扫描 INDEX SKIP SCAN
如果在复合索引前导键列中有少量不同值，而在非前导键列中有大量不同值，此时使用跳跃扫描是有益的。
--建表
create table stu
(
sex varchar2(1) not null,
sid number(8)
);
--建复合索引
create index idx_stu_sexandsid on stu(sex,sid);
--插数据
declare
begin
for i in 1..1000 loop
insert into stu values(‘M‘,i);
end loop;
for i in 1001..2000 loop
insert into stu values(‘F‘,i);
end loop;
end;
--分析表
analyze table stu compute statistics;
--分析SQL执行计划
select * from stu where sid=100;
索引跳跃扫描使用复合索引的逻辑子索引。
数据库“跳跃地”通过单个索引，好像它在多个单独的索引中搜索一样。
当在查询谓词中未指定组合索引的前导列时，数据库可能选择索引跳跃扫描。

索引是根据指定的数据库表列建立起来的顺序。
它提供了快速访问数据的途径，并且可监督表的数据，使其索引所指向的列中的数据不重复。
分为单列索引和组合索引。
主键、唯一键系统自动创建索引，外键系统不会自动创建索引。
外键不创建索引时将导致父子表连接查询时出现子表的全表扫描。

伪列rowid
1.定义：
oracle数据库的表中的每一行数据都有一个唯一的标识符，或者称为rowid，
在oracle内部通常就是使用它来访问数据的。
rowid需要 10个字节的存储空间，并用18个字符来显示。
该值表明了该行在oracle数据库中的物理具体位置。
可以在一个查询中使用rowid来表明查询结果中包含该值。
select rowid,emp.* from emp where rowid=‘AAAR3sAAEAAAACXAAA‘;
73196

2.存储
保存rowid需要10个字节或者是80个位二进制位。
这80个二进制位分别是：
1. 数据对象编号，表明此行所属的数据库对象的编号，每个数据对象在数据库建立的时候
都被唯一分配一个编号，并且此编号唯一。数据对象编号占用大约32位。
2. 对应文件编号，表明该行所在文件的编号，表空间的每一个文件标号都是唯一的。
文件编号所占用的位置是10位。
3. 块编号，表明改行所在文件的块的位置块编号需要22位。
4. 行编号，表明该行在行目录中的具体位置行编号需要16位。
这样加起来就是80位。

3.显示
Oracle的物理扩展ROWID有18位，每位采用64位编码，分别用A~Z、a~z、0~9、+、/共64个字符表示。
A表示0，B表示1，……Z表示25，a表示26，……z表示51，0表示52，……，9表示61，+表示62，/表示63。
64位编码表示的ROWID有18位，其中：
数据对象编号占6位；
文件编号占3位；
块编号占6位；
行编号占3位。
select log(2,64),log(2,64)*18 from dual;

4.举例：
select rowid,empno,ename from emp;
将会得到结果：
AAAR3sAAEAAAACXAAA
说明：
AAAR3s是数据库对象编号，AAE是文件标号，AAAACX是块编号，最后三位AAA(SMITH)是行编号。

5.验证
5.1 验证行编号
SMITH --> AAA
ALLEN --> AAB
不同人名 行号是递增的。
5.2 验证数文件标号
select FILE_ID as fid,FILE_NAME from dba_data_files where TABLESPACE_NAME=‘USERS‘ ;
FID FILE_NAME
---------- ---------------------------------------------
4 D:APPWANGXUWEIORADATAORCLUSERS01.DBF
FILE_ID=4,就是ROWID中AAE。
5.3 验证数据库对象编号
select * from dba_objects where object_name=‘EMP‘;
objectid
73196
73196 = AAAR3s ？？？
select ascii(‘R‘)-ascii(‘A‘) from dual;
R=17=17×64×64

3=26+26+3=55
select ascii(‘s‘)-ascii(‘a‘)+26 from dual;
s=44
AAAR3s=17×64×64+55×64+44
select 17*64*64+55*64+44 from dual;
73196

5.4 验证块编号
select * from dba_extents where segment_name=‘EMP‘;
extent_id =0
file_id =4
block_id =144
bytes =65536
blocks =8
144 = AAAACX ???
select ascii(‘X‘)-ascii(‘A‘) from dual;
23
AAAACX=2×64+23=
select 2*64+23 from dual;
151
AAAACX=151<>144 ？？？

6.dbms_rowid包
通过dbms_rowid包，可以直接得到具体的rowid包含的信息：
select dbms_rowid.rowid_object(rowid) object_id,
dbms_rowid.rowid_relative_fno(rowid) file_id,
dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) block_id,
dbms_rowid.rowid_row_number(rowid) row_number,
rowid,emp.*
from emp;

通过dbms_rowid包，还可以查询到表或记录所在的文件
select file_id,file_name from dba_data_files
where file_id in (select distinct dbms_rowid.rowid_relative_fno(rowid) from scott.emp);
file_id file_name
4 D:APPORADATAORCLUSERS01.DBF