内容简介

《数据库索引设计与优化》提供了一种简单、高效、通用的关系型数据库索引设计方法。作者通过系统的讲解及大量的案例清晰地阐释了关系型数据库的访问路径选择原理，以及表和索引的扫描方式，详尽地讲解了如何快速地估算SQL 运行的CPU 时间及执行时间，帮助读者从原理上理解SQL、表及索引结构、访问方式等对关系型数据库造成的影响，并能够运用量化的方法进行判断和优化，指导关系型数据库的索引设计。

《数据库索引设计与优化》适用于已经具备了SQL 这一关系型语言相关知识，希望通过理解SQL 性能相关的内容，或者希望通过了解如何有效地设计表和索引而从中获益的人员。另外，《数据库索引设计与优化》也同样适用于希望对新硬件的引入所可能带来的变化做出更好判断的资深人士。

作品目录

第1 章 概述 ........................ 1

关于SQL 性能的另一本书 ......... 1

不合适的索引 .............................. 3

误区和误解 ........... 4

误区1：索引层级不要超过5 层 ...................... 5

误区2：单表的索引数不要超过6 个 ............... 6

误区3：不应该索引不稳定的列 ...................... 6

示例..... 7

磁盘驱动器使用率 .............. 7

系统化的索引设计 ...................... 8

第２章 表和索引结构 ........ 10

介绍 .......... 10

索引页和表页 .................... 11

索引行 ...... 11

索引结构... 12

表行 .......... 12

缓冲池和磁盘I/O ...................... 12

从DBMS 缓冲池进行的读取 .......................... 13

从磁盘驱动器进行的随机I/O ......................... 13

从磁盘服务器缓存进行的读取 ....................... 14

从磁盘驱动器进行的顺序读取 ....................... 15

辅助式随机读 .................... 15

辅助式顺序读 .................... 18

同步I/O 和异步I/O ........... 18

硬件特性... 19

DBMS 特性 ............................... 20

页 ...... 20

表聚簇 ................................ 21

索引行 ................................ 21

表行... 22

索引组织表 ........................ 22

页邻接 ................................ 23

B 树索引的替代品 ............. 24

聚簇的许多含义 ................ 25

第3 章 SQL 处理过程 ....... 27

简介 .......... 27

谓词 .......... 27

评注... 28

优化器及访问路径 .................... 28

索引片及匹配列 ................ 29

索引过滤及过滤列 ............ 29

访问路径术语 .................... 31

监控优化器 ........................ 32

帮助优化器（统计信息） . 32

帮助优化器（FETCH 调用的次数） .............. 32

何时确定访问路径 ............ 33

过滤因子... 34

组合谓词的过滤因子 ......... 35

过滤因子对索引设计的影响 ........................... 37

物化结果集 ................................ 39

游标回顾 ............................ 39

方式1：一次FETCH 调用物化一条记录 ...... 40

方式2：提前物化 ............. 41

数据库设计人员必须牢记 . 41

练习 .......... 41

第4 章 为SELETE 语句创建理想的索引 ........ 43

简介 .......... 43

磁盘及CPU 时间的基础假设 ... 44

不合适的索引 ............................ 44

三星索引——查询语句的理想索引 ....................... 45

星级是如何给定的 ............ 46

范围谓词和三星索引 ......... 48

为查询语句设计最佳索引的算法 ........................... 49

候选A ................................ 50

候选B ................................ 50

现今排序速度很快——为什么我们还需要候选B .......................... 51

需要为所有查询语句都设计理想索引吗 ................ 52

完全多余的索引 ................ 52

近乎多余的索引 ................ 53

可能多余的索引 ................ 53

新增一个索引的代价 ................ 54

响应时间 ............................ 54

磁盘负载 ............................ 55

磁盘空间 ............................ 56

一些建议... 57

练习 .......... 58

第5 章 前瞻性的索引设计 . 59

发现不合适的索引 .................... 59

基本问题法（BQ） ................... 59

注意... 60

快速上限估算法（QUBE） ...... 61

服务时间 ............................ 62

排队时间 ............................ 62

基本概念：访问 ................ 63

计算访问次数 .................... 65

FETCH 处理....................... 66

主要访问路径的QUBE 示例 .......................... 67

使用满足需求的成本最低的索引还是所能达到的最优索引：示例1 ..... 72

该事务的基本问题 ............ 73

对该事务上限的快速估算 . 73

使用满足需求的成本最低的索引还是所能达到的最优索引 .......... 74

该事务的最佳索引 ............ 75

半宽索引（最大化索引过滤） ....................... 75

宽索引（只需访问索引） . 76

使用满足需求的成本最低的索引还是所能达到的最优索引：示例2 .... 77

范围事务的BQ 及QUBE .. 78

该事务的最佳索引 ............ 79

半宽索引（最大化索引过滤） ....................... 80

宽索引（只需访问索引） . 81

何时使用QUBE ........................ 82

第6 章 影响索引设计过程的因素 .................... 83

I/O 时间估算的验证 .................. 83

多个窄索引片 ............................ 84

简单就是美（和安全） ..... 86

困难谓词... 87

LIKE 谓词 .......................... 87

OR 操作符和布尔谓词 ...... 88

IN 谓词............................... 89

过滤因子隐患 ............................ 90

过滤因子隐患的例子 ................ 92

最佳索引 ............................ 95

半宽索引（最大化索引过滤） ....................... 96

宽索引（只需访问索引） . 97

总结... 97

练习 .......... 99

第7 章 被动式索引设计 .. 100

简介 ........ 100

EXPLAIN 描述了所选择的访问路径 ................... 101

全表扫描或全索引扫描 ... 101

对结果集排序 .................. 101

成本估算 .......................... 102

数据库管理系统特定的EXPLAIN 选项及限制 ............................ 102

监视揭示现实 .......................... 103

性能监视器的演进 .......... 104

LRT 级别的异常监视 .............. 106

程序粒度的均值是不够的 ............................. 106

异常报告举例：每个尖刺一行 ..................... 106

问题制造者和受害者 ....... 108

有优化空间的问题制造者和无优化空间的问题制造者 ................ 108

有优化空间的问题制造者 ............................. 109

调优的潜在空间 .............. 111

无优化空间的问题制造者 ............................. 114

受害者 .............................. 115

查找慢的SQL 调用 ......... 117

调用级别的异常监视 .............. 118

Oracle 举例 ...................... 121

SQL Server 举例 .............. 123

结论. 125

数据库管理系统特定的监视问题 ......................... 126

尖刺报告 .......................... 127

练习 ........ 127

第8 章 为表连接设计索引 ............................. 129

简介 ........ 129

两个简单的表连接 .................. 131

例8.1：CUST 表作为外层表 ........................ 131

例8.2：INVOICE 表作为外层表 .................. 132

表访问顺序对索引设计的影响 ............................. 133

案例研究 .......................... 133

现有索引 .......................... 136

理想索引 .......................... 142

理想索引，每事务物化一屏结果集 .............. 146

理想索引，每事务物化一屏结果集且遇到FF 缺陷 ..................... 149

基本连接的问题（BJQ） ........ 151

结论：嵌套循环连接 ....... 153

预测表的访问顺序 .................. 153

合并扫描连接和哈希连接 ....... 155

合并扫描连接 .................. 155

例8.3：合并扫描连接 ..... 155

哈希连接 .......................... 157

程序C：由优化器选择MS/HJ（在现有索引条件下） ................ 158

理想索引 .......................... 159

嵌套循环连接VS. MS/HJ 及理想索引 ................. 161

嵌套循环连接VS. MS/HJ ...........161

嵌套循环连接VS.理想索引 .......................... 162

连接两张以上的表 .................. 163

为什么连接的性能表现较差 ... 166

模糊的索引设计 .............. 166

优化器可能选择错误的表访问路径 .............. 166

乐观的表设计 .................. 166

为子查询设计索引 .................. 167

为UNION 语句设计索引 ........ 167

对于表设计的思考 .................. 167

冗余数据 .......................... 167

无意识的表设计 .............. 171

练习 ........ 173

第9 章 星型连接 ............. 175

介绍 ........ 175

维度表的索引设计 .................. 177

表访问顺序的影响 .................. 178

事实表的索引 .......................... 179

汇总表 .... 182

第10 章 多索引访问 ....... 184

简介 ........ 184

索引与 .... 184

与查询表一同使用索引与 ............................. 186

多索引访问和事实数据表 ............................. 187

用位图索引进行多索引访问 ......................... 187

索引或 .... 188

索引连接. 189

练习 ........ 190

第11 章 索引和索引重组 191

B 树索引的物理结构 ............... 191

DBMS 如何查找索引行 .......... 192

插入一行时会发生什么 .......... 193

叶子页的分裂严重吗 .............. 194

什么时候应该对索引进行重组 ............................. 196

插入模式 .......................... 196

索引列的稳定性 ...................... 205

长索引行............207

举例：对顺序敏感的批处理任务 ......................... 208

表乱序（存在聚簇索引） ............................. 211

表乱序（没有以CNO 开头的聚簇索引） .... 212

存储在叶子页中的表行 .......... 212

SQL Server ....................... 212

Oracle ............................... 213

索引重组的代价 ...................... 214

分裂的监控 .............................. 215

总结 ........ 216

第12 章 数据库管理系统相关的索引限制 ..... 219

简介 ........ 219

索引列的数量 .......................... 219

索引列的总长度 ...................... 220

变长列 .... 220

单表索引数量上限 .................. 220

索引大小上限 .......................... 220

索引锁定. 221

索引行压缩 .............................. 221

数据库管理系统索引创建举例 ............................. 222

第13 章 数据库索引选项 224

简介 ........ 224

索引行压缩 .............................. 224

索引键以外的其他索引列 ....... 225

唯一约束 ........... 227

从不同的方向扫描数据库索引 ............................. 227

索引键截断 .............................. 228

基于函数的索引 ...................... 228

索引跳跃式扫描 ...................... 229

块索引 .... 230

数据分区的二级索引 .............. 230

练习 ........ 231

第14 章 优化器不是完美的 ........................... 232

简介 ........ 232

优化器并不总能看见最佳方案 ............................. 234

匹配及过滤问题 .............. 234

非BT 谓词 ....................... 234

无法避免的排序 .............. 237

不必要的表访问 .............. 238

优化器的成本估算可能错得离谱 ......................... 239

使用绑定变量的范围谓词 ............................. 239

偏斜分布 .......................... 241

相关列 .............................. 242

部分索引键的警示故事 ... 243

成本估算公式 .......................... 246

估算I/O 时间 ................... 247

估算CPU 时间 ................. 248

协助优化器处理估算相关的问题 ................. 249

优化器的问题是否会影响索引设计 ..................... 252

练习 ........ 253

第15 章 其他评估事项 .... 254

QUBE 公式背后的假设条件 ... 254

内存中的非叶子索引页 .......... 255

例子. 255

磁盘服务器读缓存的影响 ............................. 256

缓冲子池 .......................... 258

长记录 .............................. 259

慢速顺序读 ...................... 259

实际的响应时间可能比QUBE 评估值短得多 ..... 259

叶子页和表页缓存在缓冲池中 ..................... 260

识别低成本的随机访问 ... 262

辅助式随机读取 .............. 262

辅助式顺序读 .................. 265

评估CPU 时间（CQUBE） .... 265

单次顺序访问的CPU 时间 ........................... 265

单次随机访问的CPU 时间 ........................... 267

单次FETCH 调用的CPU 时间 ..................... 269

每排序一行的平均CPU 时间........................ 270

CPU 评估举例 ......................... 270

宽索引还是理想索引 ....... 270

嵌套循环（及反范式化）还是MS/HJ.......... 271

合并扫描与哈希连接的比较 ......................... 274

跳跃式顺序扫描 .............. 275

CPU 时间仍然不可忽视 .. 276

第16 章 组织索引设计过程 ........................... 277

简介 ........ 277

计算机辅助式索引设计 .......... 278

设计出色索引的9 个步骤 ....... 280

参考文献 ........................... 282

术语表 ................ 283

索引 ................291