彙集索引

                                                                                                                                                                              彙集索引
 聚簇索引指示表中數據的物理順序，該表根據聚簇進行排序
索引鍵。該表只能定義一個聚簇索引。
       假設您要在堆表上使用數據建立聚簇索引。做爲第一步，
如圖2-5所示，SQL Server建立了另外一個數據副本，而後根據該數據進行排序
羣集密鑰的值。數據頁連接在每一個頁面包含的雙鏈表中
指向鏈中下一頁和上一頁的指針。此列表稱爲索引的葉級別
包含實際的表數據。
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法

 

■注意頁面上的排序順序由插槽陣列控制。頁面上的實際數據未排序。
 當葉級別由多個頁面組成時，SQL Server開始構建一箇中間級別
index，如圖2-6所示。
圖2-5。彙集的索引結構：葉級

 圖2-6。彙集

 

的索引結構：中級和葉級
 中間級別爲每一個葉級頁面存儲一行。它存儲了兩條信息：
物理地址和它引用的頁面中索引鍵的最小值。惟一的例外是
第一頁上的第一行，其中SQL Server存儲NULL而不是最小索引鍵值。
經過這種優化，SQL Server在插入行時不須要更新非葉級行
具備表中最低的鍵值。
 中間級別的頁面也連接到雙鏈表。 SQL Server增長了更多
和更多中間級別，直到有一個只包含單個頁面的級別。這個級別叫作
根級別，它成爲索引的入口點，如圖2-7所示。
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法

 

 如您所見，索引始終具備一個葉級別，一個根級別和零個或多箇中間級別。
惟一的例外是索引數據適合單個頁面。在這種狀況下，SQL Server不會建立
單獨的根級頁面，索引只包含單個葉級頁面。
 索引中的級別數很大程度上取決於行和索引鍵的大小。例如，
4字節整數列上的索引在中間和根級別上每行須要13個字節。那些
13個字節包含一個2字節的插槽數組條目，一個4字節的索引鍵值，一個6字節的頁面指針和一個1字節的行
開銷，這是足夠的，由於索引鍵不包含可變長度和NULL列。
 所以，每行可容納8,060字節/ 13字節=每頁620行。這意味着，
使用一箇中間級別，您能夠存儲最多620 * 620 = 384,400個葉級頁面的信息。
若是數據行大小爲200字節，則每一個葉級頁面最多可存儲40行，最多可存儲15,376,000行
只有三個級別的指數。向索引添加另外一箇中間級別基本上涵蓋全部
可能的整數值。

■注意在現實生活中，索引碎片會減小這些數字。咱們將討論索引碎片
在第6章。
 SQL Server能夠經過三種不一樣的方式從索引中讀取數據。第一個是
經過有序掃描。假設咱們想要運行SELECT Name FROM dbo.Customers ORDER BY
CustomerId查詢。索引的葉級別上的數據已根據CustomerId列進行排序
值。所以，SQL Server能夠從第一頁到最後一頁掃描索引的葉級並返回
行按存儲順序排列。
 SQL Server從索引的根頁開始，從那裏讀取第一行。該行引用
具備表中最小鍵值的中間頁面。 SQL Server讀取該頁面並重復
該過程直到找到葉級別的第一頁。而後，SQL Server開始逐個讀取行，
移動頁面的連接列表，直到讀取全部行。圖2-8說明了這個過程。
 圖2-7。聚簇索引結構：根級別
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法
 前一個查詢的執行計劃顯示帶有Ordered的Clustered Index Scan操做符
property設置爲true，如圖2-9所示。

 

 圖2-8。有序索引掃描

 

 圖2-9。有序索引掃描執行計劃
 值得一提的是，觸發有序掃描不須要order by子句。
有序掃描只意味着SQL Server根據索引鍵的順序讀取數據。
 SQL Server能夠向前和向後兩個方向導航索引。可是，有
您必須牢記的一個重要方面：SQL Server在向後期間不使用並行性
索引掃描。
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法
■提示您能夠經過檢查INDEX SCAN或INDEX SEEK運算符屬性來檢查掃描方向
執行計劃。但請記住，Management Studio不會在中顯示這些屬性
執行計劃的圖形表示。您須要打開「屬性」窗口以經過選擇它來查看它
操做員執行計劃並選擇「查看/屬性窗口」菜單項或按F4鍵。
 SQL Server企業版有一個稱爲旋轉木馬掃描的優化功能
容許多個任務共享相同的索引掃描。咱們假設您有掃描的會話S1
指數。在掃描過程當中的某個時刻，另外一個會話S2運行須要掃描的查詢
相同的指數。經過旋轉木馬掃描，S2將S1鏈接到當前掃描位置。 SQL Server讀取每一個頁面
只有一次，將行傳遞給兩個會話。
 當S1掃描到達索引的末尾時，S2開始從索引的開頭掃描數據
直到S2掃描開始的點。旋轉木馬掃描是您不能依賴的另外一個例子
按索引鍵的順序以及爲何在重要時應始終指定ORDER BY子句。
 有序掃描以後的下一個訪問方法稱爲分配順序掃描。 SQL Server訪問
表數據經過IAM頁面，相似於堆表的方式。 SELECT名稱FROM
dbo.Customers WITH（NOLOCK）查詢和圖2-10說明了這種方法。查詢如圖2-11所示
執行計劃。

 

 圖2-10。分配訂單掃描

第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法

 

 圖2-11。分配訂單掃描執行計劃

 

 圖2-12。索引尋求
 不幸的是，當SQL Server使用分配順序掃描時，檢測起來並不容易。即使如此
執行計劃中的有序屬性顯示爲false，表示SQL Server不關心是否
按索引鍵的順序讀取行，而不是使用分配順序掃描。
 儘管掃描大型表的啓動成本較高，但分配順序掃描能夠更快地掃描大型表。
當表很小時，SQL Server不使用此訪問方法。另外一個重要的考慮是
數據一致性。 SQL Server不使用具備聚簇索引的表中的轉發指針，以及
分配順序掃描會產生不一致的結果。因爲能夠屢次跳過或讀取行
頁面拆分致使的數據移動。所以，SQL Server一般會避免使用分配順序掃描
除非它讀取READ UNCOMMITTED或SERIALIZABLE事務隔離級別中的數據。
■注意咱們將在第6章「索引碎片」中討論頁面拆分和碎片，並進行討論
第三部分「鎖定，阻塞和併發」中的鎖定和數據一致性。
 最後一個索引訪問方法稱爲索引查找。 SELECT名稱來自dbo.Customers WHERE
CustomerId BETWEEN 4和7查詢和圖2-12說明了操做。
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法
 爲了從表中讀取行的範圍，SQL Server須要找到最小的行
從範圍中鍵的值，即4. SQL Server以根頁開始，其中第二行
引用最小鍵值爲350的頁面。它大於咱們要查找的鍵值
（4），SQL Server讀取根頁上第一行引用的中級數據頁（1：170）。
 一樣，中間頁面將SQL Server引導到第一個葉級頁面（1：176）。 SQL Server讀取
該頁面，而後它讀取CustomerIds等於4和5的行，最後，它讀取剩餘的兩行
第二頁的行。
 執行計劃如圖2-13所示。

 

 圖2-13。索引尋求執行計劃
 正如您所猜想的，索引搜索比索引掃描更有效，由於SQL Server只處理索引
行和數據頁的子集，而不是掃描整個表。
 從技術上講，索引搜索操做有兩種。第一種稱爲單例查找，
或者有時是點查找，SQL Server尋找並返回單行。你能夠考慮一下WHERE
CustomerId = 2謂詞做爲示例。另外一種類型的索引查找操做稱爲範圍掃描，和
它要求SQL Server找到密鑰的最低或最高值並掃描（向前或向後）
行集直到它到達掃描範圍的末尾。客戶IDI 4和7之間的謂詞WHERE引導
到範圍掃描。這兩種狀況都在執行計劃中顯示爲INDEX SEEK操做。
 您能夠猜到，範圍掃描徹底能夠強制SQL Server處理大量數據或
甚至索引中的全部數據頁面。例如，若是您將查詢更改成使用WHERE CustomerId> 0
謂詞，即便你有一個Index Seek運算符，SQL Server也會讀取全部行/頁面
顯示在執行計劃中。你必須記住這種行爲，並始終分析效率
查詢性能調整期間的範圍掃描。
 關係數據庫中有一個名爲SARGable謂詞的概念，它表明S earch
Arg ement可以。若是SQL Server可使用索引查找操做（若是是索引），則謂詞是SARGable
存在。簡而言之，當SQL Server能夠隔離單個值或索引範圍時，謂詞是SARGable
要處理的關鍵值，從而限制謂詞評估期間的搜索。顯然，寫做是有益的
查詢使用SARGable謂詞並儘量利用索引查找。
 SARGable謂詞包括如下運算符：=，>，> =，<，<=，IN，BETWEEN和LIKE（若是是前綴）
匹配）。非SARGable運算符包括NOT，<>，LIKE（在非前綴匹配的狀況下）和NOT IN。
 使謂詞非SARGable的另外一種狀況是使用函數或數學
針對表列的計算。 SQL Server必須調用該函數或執行計算
它處理的每一行。幸運的是，在某些狀況下，您能夠重構查詢以生成此類謂詞
優化搜索。表2-1列出了一些例子。
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法

表2-1。將非SARGable謂詞重構爲SARGable的示例
 操做非SARGable實施SARGable實施
 數學計算列 - 1 = @Value Column = @Value + 1
ABS（列）= 1列IN（-1,1）
 日期操做CAST（列爲日期）= @Date
（在2008年以前的SQL Server中）
轉換（datetime，轉換
（VARCHAR（10），柱，121））
列> = @Date和
列<DATEADD（day，1，@ Date）
DATEPART（年份，專欄）= @Year Column> = @Year and
列<DATEADD（年，1，@年）
DATEADD（第7天，第列）>
 GETDATE（）
專欄>
 DATEADD（天，-7，GETDATE（））
 前綴搜索LEFT（Column，3）='ABC'列LIKE'ABC％'
 子字符串搜索列LIKE'％ABC％'使用全文搜索或其餘
技術
 您必須牢記的另外一個重要因素是類型轉換。在某些狀況下，你能夠作
經過使用不正確的數據類型來預測非SARGable。讓咱們建立一個包含varchar列的表
用一些數據填充它，如清單2-6所示。
 清單2-6 SARG謂詞和數據類型：測試表建立

create table dbo.Data
(
 VarcharKey varchar(10) not null,
 Placeholder char(200)
);
create unique clustered index IDX_Data_VarcharKey
on dbo.Data(VarcharKey);
;with N1(C) as (select 0 union all select 0) -- 2 rows
,N2(C) as (select 0 from N1 as T1 cross join N1 as T2) -- 4 rows
,N3(C) as (select 0 from N2 as T1 cross join N2 as T2) -- 16 rows
,N4(C) as (select 0 from N3 as T1 cross join N3 as T2) -- 256 rows
,N5(C) as (select 0 from N4 as T1 cross join N4 as T2) -- 65,536 rows
,IDs(ID) as (select row_number() over (order by (select null)) from N5)
insert into dbo.Data(VarcharKey)
 select convert(varchar(10),ID) from IDs;

 

聚簇索引鍵列定義爲varchar，即便它存儲整數值。 如今，咱們來吧
運行兩個選擇，如清單2-7所示，並查看執行計劃。
第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法
  清單2-7 SARG謂詞和數據類型：使用整數參數選擇
宣佈
  @IntParam int ='200'

select * from dbo.Data where VarcharKey = @IntParam;
select * from dbo.Data where VarcharKey = convert(varchar(10),@IntParam);

 

如圖2-14所示，對於整數參數，SQL Server掃描聚簇
index，將varchar轉換爲每行的整數。 在第二種狀況下，SQL Server轉換整數
在開頭的varchar參數，並利用更有效的聚簇索引查找操做。

 

  圖2-14。 SARG謂詞和數據類型：帶整數參數的執行計劃
■提示請注意鏈接謂詞中的列數據類型。 隱式或顯式數據類型轉換
能夠顯着下降查詢的性能。
  在unicode字符串參數的狀況下，您將觀察到很是相似的行爲。 咱們來運行查詢
如清單2-8所示。 圖2-15顯示了語句的執行計劃。
  清單2-8 SARG謂詞和數據類型：使用字符串參數選擇

select * from dbo.Data where VarcharKey = '200';
select * from dbo.Data where VarcharKey = N'200'; -- unicode parameter 

第2章■表格和索引：內部結構和訪問方法

圖2-15。 SARG謂詞和數據類型：帶字符串參數的執行計劃 如您所見，對於varchar列，unicode字符串參數是非SARGable。這是一個很大的問題比它看起來更大的問題。雖然您不多以這種方式編寫查詢，如清單2-8所示，如今大多數應用程序開發環境都將字符串視爲unicode。結果，SQL Server客戶端庫爲字符串對象生成unicode（nvarchar）參數，除非參數數據type顯式指定爲varchar。這使謂詞非SARGable，而且它能夠致使主要因爲沒必要要的掃描致使性能降低，即便對varchar列進行索引也是如此。■重要始終在客戶端應用程序中指定參數數據類型例如，在ADO.Net中，使用Parameters.Add（「@ ParamName」，SqlDbType.Varchar，<Size>）。Value = stringVariable而不是Parameters.Add（「@ ParamName」）。Value = stringVariable overload。在ORM框架中使用映射在類中顯式指定非unicode屬性。 值得一提的是，對於nvarchar unicode數據列，varchar參數是SARGable。