SQL Server 索引查找Index Seek 索引扫描 Index Scan与索引存储原理详解

Posted 2021-10-20 ShenLiang2025

SQL Server索引查找 索引扫描 B-Tree与索引存储原理

索引查找的演示案例

聚集索引查找

索引查找（index seek）即查询条件内命中索引，直接接用主键匹配时触发聚集索引查找(Index Seek)

SELECT * FROM EMPLOYEES
WHERE id IN(10,100,1000,10000,100000,1000000)
SELECT * FROM EMPLOYEES WHERE id = 57864
SELECT * FROM EMPLOYEES WHERE id >10000 AND id < 1000000

以第一个查询为例，其执行计划见下：

可见用index seek时读取的行数和所有执行的实际行数都是6，命中率很高。

非聚集索引查找

命中非聚集索引的条件，再通过key lookup找到其它字段。详见“聚集索引的演示案例”里的“非聚集索引下WHERE查询”章节。

注：详见：

SQL Server 聚集索引 clustered index 非聚集索引Nonclustered Indexes键查找查找Key Lookup执行计划过程详解_数据科学汇集-CSDN博客

--在NAME字段上建立非聚集索引。
CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_EMP_NAME ON EMPLOYEES(NAME)
-- 再次执行WHERE查询并含实际执行计划。
SELECT * FROM EMPLOYEES 
WHERE NAME = 'ABC 874000'

聚集索引应用场景概述

以下示例查询条件会用到索引查找：

id = 12000

score < 89

name = ’John’

name LIKE ’John%’

索引扫描的演示案例

索引扫描

详见“聚集索引的演示案例”里的“无索引下WHERE查询”章节。

SELECT * FROM EMPLOYEES 
WHERE NAME = 'ABC 874000'

这里因为没有索引，只能通过扫描聚集索引以索引扫描的方式获得数据。

索引扫描应用场景概述

以下示例查询条件会用到索引扫描：

ABS(id) = 12000

score+10< 89

name LIKE ’%john’

UPPER(name) = ’JOHN’

 覆盖索引的演示案例

建立索引时指定以include方式。

CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_EMP_NAME2 ON EMPLOYEES(NAME) INCLUDE(email,dept)
SELECT * FROM EMPLOYEES 
WHERE NAME = 'ABC 874000'

数据存储介绍

物理存储方式

SQL Server里的数据在逻辑上以行列方式存储，在物理上以数据页的形式存储。一个数据页是SQL Server存储数据的基本单位，它有8k大小。当我们往表里插入时，数据会被存放在一系列的8k的数据页里。

数据实际存储示意

一系列的数据页以树的形式组织起来，具体见下图示意。这个树叫做B-Tree，索引B-Tree或者聚集索引结构。

上图B-tree里最底端的节点叫做数据页或者树的叶子节点，这些叶子节点里存放了表的数据。

数据页默认大小是8k，也即是说数据页能存放表的几行数据依赖于行数据的大小。

从示意图里可以看到第一个数据页存放1-200行数据，而第二页存放201-400依次类推。

B-tree的顶上的节点叫做根节点。

跟节点和叶子节点直接的叫做中间节点，根节点和中间节点存放索引行。

在每个索引行里都包含一个主键（如这里的Employeeid）、一个指向中间节点和叶子节点的指针。

B-Tree遍历示意

以通过员工号查询员工信息为例，我看下B-tree是怎么工作的。语句见下：

select * from Employees where EmployeeId = 1189

1 数据库引擎首先从数据的根节点开始遍历，因为我们的查询条件是Employeeid=1189，它属于索引行801-1200所在的范畴。

2 然后再从1里的子节点锁定Employeeid走右边的分支即属1001-1200的范畴。

3 最后从叶子节点对应的1001-1200的数据页里找到数据。

索引维护介绍

索引碎片

当索引中页面的逻辑顺序与数据文件中的物理顺序不匹配时，就会发生碎片。因为索引碎片会影响查询的性能，所以有时需要做索引重建。

1 索引碎片仅影响索引扫描和范围扫描的效率，对索引查找没有任何影响。

2 查询优化器不受碎片，不论是高碎片还是低碎片生成的计划都是相同的。

3 可以通过sys.dm_db_index_physical_stats 动态函数查看索引碎片情况。

SELECT a.object_id, a.index_id, name, avg_fragmentation_in_percent, fragment_count,
avg_fragment_size_in_pages
FROM sys.dm_db_index_physical_stats (DB_ID('ShenLiang2025'),
OBJECT_ID('EMPLOYEES'), NULL, NULL, NULL) AS a
JOIN sys.indexes AS b ON a.object_id = b.object_id AND a.index_id = b.index_id

索引重建

索引重建见如下语句：

--1重建指定索引
ALTER INDEX IX_EMP_NAME ON EMPLOYEES REBUILD;

--2 重建表里所有索引
ALTER INDEX ALL ON dbo.EMPLOYEES REBUILD