SQLServer存儲引擎——06.索引的遍歷與維護

1、遍歷

　　索引樹的每一個節點都是一個頁面。

　　索引樹有三種類型的節點：根節點、中間節點、葉子節點。

　　(1) 根節點與中間節點同樣，只包含下一層節點的入口值與入口指針，它們稱爲索引節點；

　　(2) 葉子節點包含要遍歷的數據，對彙集索引而言數據就是表中數據行，對非彙集索引數據是指索引列值和行書籤。

 

　　索引的遍歷老是從根節點開始，即先根遍歷，分爲兩種：索引掃描和索引查找。

　　(1) 索引掃描，是指從索引樹的根節點開始，對葉子節點逐個掃描，直至命中全部知足查找條件的數據；

　　(2) 索引查找，是指從索引樹的根節點開始，按查找值在索引節點中根據路由信息跳轉，直至葉子節點以命中數據。

　　B+樹的深度一般小於等於3，計算以下：

　　以彙集索引爲例，簡單計算以下：10個INT列寬度總和爲40B，假設彙集索引樹每一層爲二叉，共三層，即2^0+2^1+2^2=1*(1-2^3)/(1-2)=7個頁面，4個葉子節點，每一個頁面8060K可存儲8060000/40=201500行，乘以4=806000行，若是是三叉、四叉，那麼三層可存儲上千萬至億行的數據，固然在數據量達到這個等級時，一般咱們會選擇表分區，那麼B樹深度就更不會突破三層了。

　　因此索引查找的效率是很高的，在查詢中應該努力構造索引查找，避免索引掃描。

 

2、插入

　　2.一、頁空間充足

　　在已存在數據的表上，建立或重建索引時，可指定填充因子，即在索引樹的每一個節點上預留必定的空間，供表中後續增長的數據使用。但若是在建立表的時候就建立了索引，並指定了填充因子，這時的填充因子是無用的，數據庫系統不會刻意去保留頁面的空間。

　　索引頁面有剩餘空間的狀況以下圖：

　　參考上圖，此時向索引樹中插入一條索引鍵值爲31的記錄，步驟以下：

　　（1）執行索引鍵值=31的查找操做，肯定該新記錄應該插入到葉子節點L2中。

　　（2）檢查L2上是否有足夠的空間來存放當前記錄，這裏假設有足夠的空間；

　　（3）將記錄45向後移動，插入索引鍵值爲31的新記錄。插入以後，十、30、3一、45仍是順序的，以下圖：

　　2.二、頁空間不足

　　參考上圖，此時再插入一條索引鍵值爲32的記錄，步驟以下：

　　（1）執行索引鍵值=32的查找操做，肯定該新記錄應該插入到葉子節點L2中；

　　（2）檢查L2上是否有足夠的空間來存放當前記錄，這時發現沒有足夠的頁空間，此時須要進行頁面分裂；

　　（3）向數據庫系統申請一個新的頁面L4，將L2的一半數據移到L4中，並從新連接葉子的左右節點，以下圖：

　　（4）此時，上層節點也須要生成一個新的葉子節點的指針。這裏的上層節點即根節點，若是上層節點沒有剩餘空間的話，一樣也須要進行分裂，這裏有剩餘空間，以下圖：

                        

　　（5）由於當前記錄的鍵值範圍位於頁分裂的後一半中，將索引鍵值爲32的新記錄插入到L4中，若是鍵值範圍位於前一半，則插入到L2中。若是L4的空間不夠存放鍵值爲32的新記錄，則L4會繼續進行頁分裂，這裏假設空間足夠，插入結束，以下圖：

3、刪除

　　3.一、刪除葉子節點中的記錄

　　參考上圖5，刪除索引鍵值爲32的記錄，步驟以下：

　　（1）執行索引鍵值=32的查找操做，肯定該記錄在L4中；

　　（2）將索引鍵值=32的記錄標記爲虛影，但並不當即釋放空間，虛影記錄可用於事務回滾、多版本等；

　　（3）若是此時L4上的虛影記錄空間被申請使用，虛影記錄就會被擦除；

　　（4）若是數據頁面最後一條記錄也被刪除，數據頁面會被回收；

 

　　3.二、刪除非葉子節點中的記錄

　　（1）索引節點中的指針被刪除時並非虛影記錄，但一樣也不釋放空間，直到有新的指針插入時，纔會進行空間壓縮；

　　（2）堆表中數據行被刪除後，頁空間不會被回收，即便是空閒分頁也仍是標識爲分配狀態，沒法被其餘對象使用；

 

　　注：從理論上講，在兄弟節點頁面空閒空間都小於50%時，應該將兄弟節點合併，即分裂的逆操做，但這樣可能帶來的後果是更頻繁的頁面合併、分裂，成本更大，因此在數據庫系統中一般不進行頁面合併操做，除非rebuild/reorganize索引。

 

4、更新

　　4.一、覆蓋更新

　　若是更新操做可以在頁內進行原位鍵值替換，那麼就進行覆蓋更新。

　　4.二、非覆蓋更新

　　沒法進行覆蓋更新時，更新操做被分解爲刪除和插入操做。

 

　　若是非覆蓋更新過程當中，新的記錄比較長，則會在頁面分裂的過程當中會帶來數據行的移動：

　　（1）彙集索引的移動對非彙集索引沒有影響，由於非彙集索引中存儲的是彙集索引的鍵值，分裂並不會改變鍵值；

　　（2）堆表中的數據頁分裂，會在原記錄處留下一個前轉指針，以告訴非彙集索引去哪裏找新的記錄；

　　因此數據行的移動對非彙集索引都不會帶來維護的成本，非彙集索引的維護成原本自書籤的變化：

　　（1）彙集索引的鍵值發生變化或被刪除；

　　（2）堆表中的數據行被刪除。

 

 

--------------------------------------------------------------------------------------　　原文轉自：http://qianzhang.blog.51cto.com/317608/1217346--------------------------------------------------------------------------------------