[Bringen Sie einem Fisch das Fischen bei] Was ist ein Datenbankindex? Warum Indizes verwenden?

Yuxian: CSDN-Content-Partner, CSDN-Mentor für aufstrebende Stars, aufstrebender Star-Ersteller im Full-Stack-Bereich, 51CTO (Top-Prominenz + Experten-Blogger), Github-Open-Source-Enthusiast (Sekundärentwicklung für Quellcode auf Null, Back-End-Architektur für Spiele https: / /github.com/Peakchen)

Was ist ein Datenbankindex? Warum Indizes verwenden?

Datenbankindizes sind Datenstrukturen, die zur Verbesserung der Datenbankabfrageleistung verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine Datenstruktur, die die Werte einer oder mehrerer Spalten in einer Datenbanktabelle vorsortiert, damit das Datenbanksystem bestimmte Datenzeilen schneller finden und darauf zugreifen kann.

Der Hauptzweck der Verwendung von Indizes besteht darin, Datenbankabfragen zu beschleunigen und die Systemleistung zu verbessern. Durch die Verwendung von Indizes können Datenbanksysteme Datenzeilen, die die Abfragebedingungen erfüllen, schneller finden und abrufen, wodurch der Aufwand für die Datensuche verringert wird. Indizes können die Datenmenge, die für Abfragevorgänge gescannt werden muss, erheblich reduzieren und die Abfrageeffizienz verbessern.

Das Prinzip des Datenbankindex wird im Detail erklärt:

Das Prinzip des Datenbankindex ist wie folgt:

1. Indexstruktur: Die Indexstruktur ist eine Datenstruktur, die basierend auf den Werten der Indexspalten sortiert und gespeichert wird. Zu den gängigen Indexstrukturen gehören B-Baum, B+-Baum, Hash-Index usw. Diese Indexstrukturen implementieren einen schnellen Datenabruf basierend auf unterschiedlichen Algorithmen und Datenstrukturmerkmalen.

2. Indexerstellung: Beim Erstellen eines Index durchläuft das Datenbanksystem jede Datenzeile in der Tabelle und erstellt eine Indexstruktur basierend auf den angegebenen Spaltenwerten. Indexstrukturen beanspruchen in der Regel zusätzlichen Speicherplatz. Daher müssen Sie beim Erstellen von Indizes die Anzahl der Indizes und die Größe der Tabelle abwägen, um Leistungseinbußen durch zu viele Indizes zu vermeiden.

3. Indexnutzung: Bei der Durchführung von Abfragevorgängen verwendet das Datenbanksystem die Indexstruktur, um die Datenlokalisierung und den Datenzugriff zu beschleunigen. Das System findet mithilfe der Indexstruktur schnell Datenzeilen, die die Bedingungen erfüllen, basierend auf den Indexspaltenwerten in den Abfragebedingungen, wodurch die Kosten für einen vollständigen Tabellenscan vermieden werden.

4. Indexpflege: Der Index muss mit den Daten in der Tabelle konsistent sein. Wenn also die Daten in der Tabelle eingefügt, aktualisiert oder gelöscht werden, muss der Index auch entsprechend gepflegt werden. Dadurch wird die Genauigkeit und Gültigkeit des Index sichergestellt.

Das zugrunde liegende Architekturflussdiagramm des Datenbankindex:

Das Folgende ist ein vereinfachtes Beispiel des zugrunde liegenden Architekturflussdiagramms eines Datenbankindex:

+---------------------+
|    Client Application    |
+---------------------+
            |
            |
            v
+---------------------+
|   Database Driver   |
|   (Connection,       |
|   Query Execution)   |
+---------------------+
            |
            |
            v
+---------------------+
|   Database Server   |
| (Query Parsing,      |
|   Optimization,       |
|   Execution)           |
+---------------------+
            |
            |
            v
+---------------------+
|     Index Manager     |
|   (Index Creation,    |
|   Maintenance,        |
|   Query Optimization) |
+---------------------+
            |
            |
            v
+---------------------+
|   Storage Engine   |
|    (Data Storage    |
|    and Retrieval)     |
+---------------------+

In der zugrunde liegenden Architektur eines Datenbankindexes stellt eine Clientanwendung über einen Datenbanktreiber eine Verbindung zum Datenbankserver her. Der Treiber ist für die Handhabung von Verbindungen, die Ausführung von SQL-Befehlen und den Empfang von Ergebnissen verantwortlich. Nach Erhalt des SQL-Befehls führt der Datenbankserver eine Abfrageoptimierung, einen Ausführungsplan und tatsächliche Datenoperationen durch. Der Indexmanager ist für die Indexerstellung, -wartung und Abfrageoptimierung verantwortlich. Die Datenspeicherung und der Datenabruf werden von der Speicher-Engine übernommen, die die physische Speicherung und den Datenabruf verwaltet.

Erläuterung der Nutzungsszenarien von Datenbankindizes:

Datenbankindizes sind in den folgenden Szenarien nützlich:

1. Häufige Abfragevorgänge: Wenn eine Tabelle in der Datenbank häufig abgefragt wird, kann die Verwendung eines Index die Abfrage beschleunigen und die Kosten für die Datensuche senken.

2. Große Datensätze: Bei Tabellen mit großen Datenmengen kann die Verwendung von Indizes die Effizienz des Datenabrufs verbessern und die für Abfragevorgänge erforderliche Zeit reduzieren.

3. Verwandte Abfragen: Wenn verwandte Abfragen zwischen mehreren Tabellen durchgeführt werden müssen, kann die Verwendung von Indizes Datenverbindungsvorgänge beschleunigen und die Abfrageeffizienz verbessern.

4. Sortier- und Gruppierungsvorgänge: Wenn Abfrageergebnisse sortiert oder gruppiert werden müssen, kann die Verwendung von Indizes diese Vorgänge beschleunigen und die Leistung verbessern.

5. Eindeutige Einschränkungen: Mithilfe von Indizes können eindeutige Einschränkungen für eine Spalte oder mehrere Spalten implementiert werden, um die Eindeutigkeit der Daten sicherzustellen.

Codebeispiel-Implementierung des Datenbankindex:

Hier ist ein einfaches Beispiel, das zeigt, wie man einen Index in einer SQL-Datenbank erstellt:

-- 创建表格
CREATE TABLE users (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(50),
  age INT
);

-- 创建索引
CREATE INDEX idx_users_name ON users (name);

Im obigen Beispiel haben wir eine usersTabelle mit dem Namen erstellt und nameeinen Index für die Spalte erstellt idx_users_name.

Links zu von der Datenbank indexierten Literaturmaterialien:

Hier sind einige Referenzlinks zur Datenbankindizierung:

1. Datenbankindizierung: Ein Tutorial zu B-Trees: https://www.cise.ufl.edu/~nemo/cop5615/Fall-2012/papers/b-trees_tutorial.pdf ↗

2. Benutze den Index, Luke!: https://use-the-index-luke.com/ ↗

3. Techniken zur Datenbankindizierung:  https://www.geeksforgeeks.org/database-indexing-techniques/ ↗

Produkte, die derzeit Datenbankindizes verwenden:

Derzeit gibt es viele Datenbankverwaltungssysteme und -produkte, die Datenbankindizes verwenden, um die Abfrageleistung und Systemeffizienz zu verbessern. Zu den wichtigsten Datenbankprodukten gehören:

1. Oracle-Datenbank
2. MySQL
3. Microsoft SQL Server
4. PostgreSQL
5. MongoDB
6. Redis
7. Elasticsearch

Diese Datenbankprodukte sind in ihren jeweiligen Bereichen weit verbreitet und bieten alle Unterstützungs- und Optimierungsmechanismen für Indizes.