Все, что необходимо знать про индексы MS SQL
Предлагаем расширить знания об индексах в MS SQL Server. Получите полное представление о них, преимуществах использования, структуре. Узнаете, как создавать индексы, оптимизировать и удалять. Все самое полезное читайте в одной статье.
Что такое индексы в sql server
Разберемся в понятии индексов (indexes) – это особые таблицы, используемые поисковыми системами для поиска данных. Их активное использование играет важнейшую роль в повышении производительности sql серверов.
Словно указатель в грамотно составленной книге, индекс помогает быстро получить доступ к строкам требуемых данных в таблице, соответствующих запросу. Таким образом, их использование позволяет ускорить выполнение требуемого запроса.
К примеру, для получения всех страниц в книге, касающихся выбранной тематики, сначала нужно обратиться к перечню тем, а затем выбрать нужные страницы. Для этого следует создать индекс по выбранной теме. На ее основе и будут выбираться ссылки на страницы книги по затронутой теме. Используя значения, заданные первичным ключом, sql server найдет нужный индекс и с его помощью быстро выберет все строки с необходимыми данными. Если не использовать индекс, то для поиска информации будет произведено сканирование каждой строки таблицы. Это значительно понизит производительность и увеличит время поиска.
Благодаря индексу процесс поиска данных сокращается за счет их упорядочивания как физического, так и логического. Таким образом, он выглядит как набор ссылок на данные, которые упорядочены по выбранному столбцу таблицы. Такой столбец называется индексированным. Индексы находятся в таблице и по сути выступают полезными внутренними механизмами системы sql-сервера, которые помогают сделать доступ к данным наиболее оптимальным.
Создать стандартный индекс можно на всех столбцах данных, кроме:
Об индексах и кучах
Как только таблица создана и в ней еще нет индексов, она выглядит как куча данных (Heap). В ней все записи хранятся хаотично, без определенного порядка. Потому их и называют «кучами».
Если в таблице необходимо найти определенные данные, sql server просканирует ее (Table scan). Пока в таблице не заданы индексы, поддерживающие ограничения (UNIQUE CONSTRAINT, UNIQUE INDEX или PRIMARY KEY), сервер прочитает все табличные записи (с первой до последней) и выберет те, которые удовлетворяют условиям поиска.
Это демонстрирует базовые функции indexes:
Но не всегда индекс помогает ускорить поиск информации. Для таблиц небольших размеров обычный перебор данных может оказаться намного эффективнее выборки данных по индексам.
Indexes имеют и недостатки:
Но современные методы их создания позволяют не только снижать негативный эффект для вышеперечисленных операций, но и увеличивать скорость выполнения.
Структура
Все индексы имеют одинаковую структуру (structure). Они состоят из:
Все они хранятся в виде сбалансированных B-деревьев (B-tree). Начало такого дерева расположено в корневом узле (находящимся на вершине иерархии) и по сути является «входной дверью». Этот узел имеет одну страницу, в которой содержатся указатели на ключи последующих уровней.
В нижней части иерархии расположены листья дерева (являющиеся конечными узлами). Длины веток одинаковы.
В таком дереве сбалансирована каждая ветка. Благодаря внутреннему механизму при любых изменениях в таблице дерево снова становится сбалансированным.
При формировании запроса к индексированному столбцу подсистема начинает процесс поиска с верхнего узла к нижним, проходя промежуточные и обрабатывая их. На каждом уровне располагается все более развернутая информация о запрашиваемых данных. Как только достигается нижний уровень листьев (leaf level) поиск прекращается, т.к. подсистема запросов находит необходимое значение.
Типы индексов
В Microsoft SQL Server используются следующие индексы: кластерные и некластерные. Рассмотрим их подробнее.
Кластерный индекс
Основная его задача — сохранение табличных данных в виде, отсортированном по значению ключа. Таблице или представлению может быть присущ лишь единственный кластеризованный индекс (Clustered index), потому что табличные данные могут отсортировываться в едином возможном порядке – либо возрастания, либо убывания. По возможности, у каждой таблицы должен быть Clustered index.
Табличные данные будут храниться отсортированными лишь в том случае, когда таблица имеет кластеризованный индекс. Строки табличных данных Clustered index хранит в уровнях листьев.
Если у таблицы нет Clustered index, в момент формирования ограничений PRIMARY KEY и UNIQUE, он формируется автоматически. Когда для таблиц/ куч созданы Nonclustered indexes, то в процессе создания Clustered index все некластеризованные должны быть перестроены.
Содержание листьев зависит от того, индекс кластерный или некластерный. Они могут содержать как табличные данные, так и ссылки, указывающие на строки с ними.
Некластерный индекс
Некластеризованными (Nonclustered) называют такие индексы, которые содержат:
Чтобы обнаружить и получить запрашиваемые данные, для системы подзапросов потребуется совершение дополнительных операций. Содержимое указателей на запрашиваемые данные полностью зависит от того, как они хранятся.
Он может указывать на:
Nonclustered indexes могут быть расширены дополнительными столбцами (included column). А значит, листья будут сохранять значения индексированных и дополнительных неиндексированных столбцов. Это свойство дает возможность обойти определенные ограничения, возложенные на индекс. Данный подход позволяет включать неиндексируемые столбцы либо обходить ограничения на длину индекса.
Главные свойства Nonclustered indexes:
Nonclustered indexes могут создаваться на любых таблицах, в том числе и имеющих кластерный индекс.
Специальные типы индексов
Существует большое число специальных индексов, которые могут быть как кластерными, так и некластерными. Рассмотрим некоторые из них.
Фильтруемый
Фильтруемым (Filtered) индексом называют оптимизированный Nonclustered index, в котором задействован предикат фильтра для индексации части строк в таблице.
Тщательно спроектированный Filtered index способен:
Составной
Составным называют индекс, который:
Простые индексы, в отличие от составных, создаются лишь по единственному столбцу.
Создание составных индексов целесообразно, когда:
Отличным примером может служить телефонный справочник. Он сформирован по фамилии и имени, т.к. много людей имеют одинаковую фамилию. Следовательно, логично будет создать индекс одновременно и по фамилии, и по имени.
Отметим, что наивысший приоритет в процессе сортировки принадлежит первым колонкам, описываемым в CREATE INDEX. Потому, в числе первых должны указываться колонки уникальные. Чтобы индекс был задействован при выборке данных в таблице, сам запрос обязательно должен ссылаться именно на колонку, указанную первой.
Использование составных индексов поможет увеличить производительность за счет того, что для выполнения поиска данных сервер будет сканировать только его, что поможет снизить в таблице число индексов.
Query Optimizer использует их в зависимости от структуры запроса.
Уникальный
Уникальным (Unique) называют индекс, обеспечивающий уникальное значение всех строк по определенному ключу и гарантирующий, что в ключе индекса не будет значений одинаковых, повторяющихся. Для составного ключа понятие уникальности касается всех index columns, но не распространяется на каждый столбец в отдельности.
Если в таблице формируется Unique index одновременно по ряду столбцов, это означает, что абсолютно каждая вариация значений в ключе будет уникальной.
SQL сервером создается автоматически Unique index для ключевых столбцов при формировании ограничений UNIQUE либо PRIMARY KEY. Но он формируется лишь при выполнении условия отсутствия дублей в ключевых столбцах таблицы.
Уникальный индекс создается автоматом при определении ограничений столбца:
Колоночный
Колоночным (Columnstore) называют индекс, в котором данные хранятся в столбцах. Использование Columnstore indexes наиболее целесообразно применять для крупных хранилищ, т.к. они помогут:
Пространственный
Пространственным (Spatial) называют тип расширенного индекса, позволяющего индексировать столбцы с пространственными данными (представленные в типах Geography или Geometry). Spatial index позволяет наилучшим образом использовать определенные операции запросов относительно пространственных столбцов и может создаваться только для них.
Основное условие создания пространственного индекса – наличие PRIMARY KEY для таблиц.
Полнотекстовый
Полнотекстовые (Full-text) индексы применяются для повышения эффективности поиска определенных слов в строках, где данные представлены в символах.
Действия по созданию и обслуживанию Full-text indexes называются «заполнениями». Встречаются заполнения:
Покрывающий
Покрывающим (Covering) называют индекс, позволяющий на конкретный запрос получать запрашиваемую информацию в полном объеме с листьев индекса, не обращаясь к записям таблицы. А значит, в Covering index хранится достаточный объем данных для полноценного ответа на запрос. Потому нет необходимости обращаться к таблице.
Благодаря тому, что ответ можно получить без использования таблицы, покрывающие индексы быстрее остальных. Однако, они становятся достаточно большими, потому злоупотреблять ими не стоит.
XML-индекс
XML – специфический тип индекса, предназначенный для работы с данными в столбцах таблицы, представленными в соответствующем формате. Он делает более эффективной обработку поисковых запросов к ним.
Индексы, используемые в оптимизированных таблицах
Активно используются специальные индексы для таблиц данных:
Создание и проектирование индексов в ms sql server
Польза индексов очевидна, потому и проектироваться они должны крайне аккуратно. Созданные тщательным образом способны улучшить производительность, а непрофессионально – понизить.
Индексы занимают достаточно много дискового места, потому не имеет смысла создавать их больше, чем нужно. Более того, при каждом обновлении строк, автоматически обновляются и индексы. Это в свою очередь может потребовать увеличения ресурсов и грозить снижением производительности.
Очень важно при проектировании соблюдать ряд требований как к базам данных, так и к запросам направленным к ним.
Базы данных
Как сказано выше, производительность системы напрямую зависит от индексов. При поступлении запроса они могут увеличивать ее, обеспечивая быстрый поиск данных либо снижать, т.к. при каждой операции с данными будут изменяться и они, дабы отражать действия, производимые над данными. И не важно, что происходит с ними – добавление, удаление или обновление.
Потому, при разработке плана стратегии по индексированию, необходимо придерживаться советов специалистов:
Запросы к базе данных
При проектировании вторым важным пунктом является понимание и учет того, какие выполняются запросы к базе данных. Необходимо учитывать частоту изменения данных, а также требуется соблюдение определенных принципов:
Способы создания индексов
Предусмотрено создание индексов ms sql server с помощью двух инструментов. В этом помогут:
Как создать кластеризованный индекс
Как отмечалось выше, создание кластеризованного индекса sql сервером происходит автоматически, когда определенный столбец выбирается в качестве первичного ключа (PRIMARY KEY). Когда такого не происходит, следует создать кластерный индекс своими руками.
Чтобы создать Clustered index воспользуемся Management Studio. Для этого следует:
Результатом действий станет кластерный индекс.
Он может быть создан и с помощью инструкций Transact-SQL CREATRE INDEX.
Как создать некластеризованный индекс
Для создания Nonclustered index можно воспользоваться Management Studio либо инструкциями T-SQL.
Создание Nonclustered index с включенными столбцами
Коснемся вопроса, как создать Nonclustered index с условием, что в индекс включены столбцы, которые не являются ключевыми. Такой индекс принято использовать в тех случаях, когда индекс создается под конкретный запрос. К примеру, чтобы индексом покрывался запрос полностью, т.е. включал все столбцы. Вследствие того, что запрос покрыт, увеличивается производительность. Это становится возможным благодаря тому, что оптимизатор запросов может получить все значения столбцов в индексе без обращения к табличным данным. Это ведет к уменьшению числа операций ввода-вывода на диске.
Однако стоит учитывать, что с включением в индекс неключевых столбцов размер его увеличивается. А значит, для его хранения понадобится больше дискового пространства. Это также может снизить производительность операций INSERT, UPDATE, DELETE и MERGE в базовой таблице данных.
Для его создания также воспользуемся Management Studio:
При необходимости, можно легко создать фильтруемый Nonclustered index. Для этого следует воспользоваться T-SQL и в операторе CREATE NONCLUSTERED INDEX в WHERE указать условие фильтрации. Так можно отфильтровать практически любые данные, не важные в запросах.
Удаление индекса
Пришло время узнать о том, какими способами могут удаляться индексы. Для начала воспользуемся Management Studio. Для этого необходимо:
Удаление индексов выполняется и с помощью инструкций T-SQL DROP INDEX (DROP INDEX IX_NonClustered ON TestTable). Однако ею нельзя воспользоваться для удаления тех индексов, которые создавались через формирование ограничений PRIMARY KEY и UNIQUE. Чтобы удалить их, следует воспользоваться инструкцией ALTER TABLE с предложением DROP CONSTRAINT.
Как выполнить изменение значений коэффициента, который установлен по умолчанию
Чтобы внести изменения в значения коэффициента, которые установлены по умолчанию, следует воспользоваться:
Особенности индексов и условий предложения WHERE
Если предложение WHERE инструкции SELECT содержит условие поиска данных с одним столбцом, то необходимо для него создать индекс. Это условие очень важно при высокой селективности (selectivity) условия.
Но он будет абсолютно бесполезным при постоянном уровне селективности от 80% и выше. Простое сканирование табличных данных потребует меньше времени.
Если в часто применяемом запросе условие поиска включает оператор AND, то лучше всего – создать составной индекс, включив в него сразу все табличные столбцы, которые указывались в предложении WHERE инструкции SELECT.
Оптимизация индексов
После выполнения любых действий с табличными данными sql сервером в тот же момент производятся соответствующие правки в индексах. Спустя некоторое время все подобные исправления могут спровоцировать фрагментацию данных. В результате, их может разбросать по всей базе.
Подобная фрагментация данных может стать причиной понижения производительности. Потому крайне важно время от времени проводить дефрагментацию. К подобным операциям по обслуживанию индексов относят реорганизацию и перестроение индексов.
Чтобы понять, какую именно операцию требуется провести – реорганизацию или перестроение, следует выяснить степень фрагментации данных. Она поможет понять, какой способ дефрагментации будет наиболее эффективным и что выбрать.
Чтобы выяснить уровень фрагментации следует воспользоваться системной табличной функцией sys.dm_db_index_physical_stats. Для определения уровня фрагментации всего перечня таблиц для выбранной базы, можете воспользоваться следующим запросом:
SELECT OBJECT_NAME(T1.object_id) AS NameTable,
T1.index_id AS IndexId,
T2.name AS IndexName,
T1.avg_fragmentation_in_percent AS Fragmentation
FROM sys.dm_db_index_physical_stats (DB_ID(), NULL, NULL, NULL, NULL) AS T1
LEFT JOIN sys.indexes AS T2 ON T1.object_id = T2.object_id AND T1.index_id = T2.index_id
Согласно рекомендациям Microsoft, последующие действия будут зависеть от уровня фрагментации:
Реорганизация индекса
Реорганизацией называют процесс устранения фрагментации индекса. В его ходе происходит дефрагментация конечного уровня кластерных и некластерных индексов по таблицам и представлениям. Говоря простым языком – выполняется простое переупорядочивание страниц. В основе переупорядочивания лежит логический порядок конечных узлов (выполняете слева направо).
Если хотите провести реорганизацию – воспользуйтесь:
Перестроение индекса
Перестроением называется операция по устранению фрагментации индекса. Он заключается в устранении старого и формировании нового.
Перестроение индекс выполняется несколькими способами. В этом поможет:
Это вся полезная информация по индексам в Microsoft SQL Server. Изучайте их, а если возникнут вопросы – задавайте. Удачи в изучении и применении indexes ms sql.
14 вопросов об индексах в SQL Server, которые вы стеснялись задать
Индексы — это первое, что необходимо хорошо понимать в работе SQL Server, но странным образом базовые вопросы не слишком часто задаются на форумах и получают не так уж много ответов.
Роб Шелдон отвечает на эти, вызывающие смущение в профессиональных кругах, вопросы об индексах в SQL Server: одни из них мы просто стесняемся задать, а прежде чем задать другие сначала подумаем дважды.
| index | индекс |
| heap | куча |
| table | таблица |
| view | представление |
| B-tree | сбалансированное дерево |
| clustered index | кластеризованный индекс |
| nonclustered index | некластеризованный индекс |
| composite index | составной индекс |
| covering index | покрывающий индекс |
| primary key constraint | ограничение на первичный ключ |
| unique constraint | ограничение на уникальность значений |
| query | запрос |
| query engine | подсистема запросов |
| database | база данных |
| database engine | подсистема хранения данных |
| fill factor | коэффициент заполнения индекса |
| surrogate primary key | суррогатный первичный ключ |
| query optimizer | оптимизатор запросов |
| index selectivity | избирательность индекса |
| filtered index | фильтруемый индекс |
| execution plan | план выполнения |
Основы индексов в SQL Server
Одним из важнейших путей достижения высокой производительности SQL Server является использование индексов. Индекс ускоряет процесс запроса, предоставляя быстрый доступ к строкам данных в таблице, аналогично тому, как указатель в книге помогает вам быстро найти необходимую информацию. В этой статье я приведу краткий обзор индексов в SQL Server и объясню как они организованы в базе данных и как они помогают ускорению выполнения запросов к базе данных.
Структура индекса
Индексы создаются для столбцов таблиц и представлений. Индексы предоставляют путь для быстрого поиска данных на основе значений в этих столбцах. Например, если вы создадите индекс по первичному ключу, а затем будете искать строку с данными, используя значения первичного ключа, то SQL Server сначала найдет значение индекса, а затем использует индекс для быстрого нахождения всей строки с данными. Без индекса будет выполнен полный просмотр (сканирование) всех строк таблицы, что может оказать значительное влияние на производительность.
Вы можете создать индекс на большинстве столбцов таблицы или представления. Исключением, преимущественно, являются столбцы с типами данных для хранения больших объектов (LOB), таких как image, text или varchar(max). Вы также можете создать индексы на столбцах, предназначенных для хранения данных в формате XML, но эти индексы устроены немного иначе, чем стандартные и их рассмотрение выходит за рамки данной статьи. Также в статье не рассматриваются columnstore индексы. Вместо этого я фокусируюсь на тех индексах, которые наиболее часто применяются в базах данных SQL Server.
Индекс состоит из набора страниц, узлов индекса, которые организованы в виде древовидной структуры — сбалансированного дерева. Эта структура является иерархической по своей природе и начинается с корневого узла на вершине иерархии и конечных узлов, листьев, в нижней части, как показано на рисунке: 
Когда вы формируете запрос на индексированный столбец, подсистема запросов начинает идти сверху от корневого узла и постепенно двигается вниз через промежуточные узлы, при этом каждый слой промежуточного уровня содержит более детальную информацию о данных. Подсистема запросов продолжает двигаться по узлам индекса до тех пор, пока не достигнет нижнего уровня с листьями индекса. К примеру, если вы ищете значение 123 в индексированном столбе, то подсистема запросов сначала на корневом уровне определит страницу на первом промежуточном (intermediate) уровне. В данном случае первой страница указывает на значение от 1 до 100, а вторая от 101 до 200, таким образом подсистема запросов обратится ко второй странице этого промежуточного уровня. Далее будет выяснено, что следует обратиться к третьей странице следующего промежуточного уровня. Отсюда подсистема запросов прочитает на нижнем уровне значение самого индекса. Листья индекса могут содержать как сами данные таблицы, так и просто указатель на строки с данными в таблице, в зависимости от типа индекса: кластеризованный индекс или некластеризованный.
Кластеризованный индекс
Кластеризованный индекс хранит реальные строки данных в листьях индекса. Возвращаясь к предыдущему примеру, это означает что строка данных, связанная со значение ключа, равного 123 будет храниться в самом индексе. Важной характеристикой кластеризованного индекса является то, что все значения отсортированы в определенном порядке либо возрастания, либо убывания. Таким образом, таблица или представление может иметь только один кластеризованный индекс. В дополнение следует отметить, что данные в таблице хранятся в отсортированном виде только в случае если создан кластеризованный индекс у этой таблицы.
Таблица не имеющая кластеризованного индекса называется кучей.
Некластеризованный индекс
В отличие от кластеризованного индекса, листья некластеризованного индекса содержат только те столбцы (ключевые), по которым определен данный индекс, а также содержит указатель на строки с реальными данными в таблице. Это означает, что системе подзапросов необходима дополнительная операция для обнаружения и получения требуемых данных. Содержание указателя на данные зависит от способа хранения данных: кластеризованная таблица или куча. Если указатель ссылается на кластеризованную таблицу, то он ведет к кластеризованному индексу, используя который можно найти реальные данные. Если указатель ссылается на кучу, то он ведет к конкретному идентификатору строки с данными. Некластеризованные индексы не могут быть отсортированы в отличие от кластеризованных, однако вы можете создать более одного некластеризованного индекса на таблице или представлении, вплоть до 999. Это не означает, что вы должны создавать как можно больше индексов. Индексы могут как улучшить, так и ухудшить производительность системы. В дополнение к возможности создать несколько некластеризованных индексов, вы можете также включить дополнительные столбцы (included column) в свой индекс: на листьях индекса будет храниться не только значение самих индексированных столбцов, но и значения этих не индексированных дополнительных столбцов. Этот подход позволит вам обойти некоторые ограничения, наложенные на индекс. К примеру, вы можете включить неидексируемый столбец или обойти ограничение на длину индекса (900 байт в большинстве случаев).
Типы индексов
В дополнение к тому, что индекс может быть либо кластеризованным, либо некластеризованным, возможно его дополнительно сконфигурировать как составной индекс, уникальный индекс или покрывающий индекс.
Составной индекс
Такой индекс может содержать более одного столбца. Вы можете включить до 16 столбцов в индекс, но их общая длина ограничена 900 байтами. Как кластеризованный, так и некластеризованный индексы могут быть составными.
Уникальный индекс
Покрывающий индекс
Такой индекс позволяет конкретному запросу сразу получить все необходимые данные с листьев индекса без дополнительных обращений к записям самой таблицы.
Проектирование индексов
Насколько полезны индексы могут быть, настолько аккуратно они должны быть спроектированы. Поскольку индексы могут занимать значительное дисковое пространство, вы не захотите создавать индексов больше, чем необходимо. В дополнение, индексы автоматически обновляются когда сама строка с данными обновляется, что может привести к дополнительным накладным расходам ресурсов и падению производительности. При проектирование индексов должно приниматься во внимание несколько соображений относительно базы данных и запросов к ней.
База данных
Запросы к базе данных
А теперь, собственно:
14 вопросов об индексах в SQL Server, которые вы стеснялись задать
Почему таблица не может иметь два кластеризованных индекса?
Хотите короткий ответ? Кластеризованный индекс – это и есть таблица. Когда вы создаете кластеризованный индекс у таблицы, подсистема хранения данных сортирует все строки в таблице в порядке возрастания или убывания, согласно определению индекса. Кластеризованный индекс это не отдельная сущность как другие индексы, а механизм сортировки данных в таблице и облегчения быстрого доступа к строкам с данными.
Представим, что у вас есть таблица, содержащая историю операций по продажам. Таблица Sales включает в себя такую информация как идентификатор заказа, позицию товара в заказе, номер товара, количество товара, номер и дату заказа и т.д. Вы создаёте кластеризованный индекс по столбцам OrderID и LineID, с сортировкой в порядке возрастания, как показано в следующем T-SQL коде:
Когда вы запустите этот скрипт все строки в таблице будут физически отсортированы сначала по столбцу OrderID, а затем по LineID, но сами данные останутся в единственном логическом блоке, в таблице. По этой причине вы не можете создать два кластеризованных индекса. Может быть только одна таблица с одними данными и эта таблица может быть отсортирована только один раз в определенном порядке.
Если кластеризованная таблица даёт множество преимуществ, то зачем использовать кучу?
Вы правы. Кластеризованые таблицы отличны и большинство ваших запросов будут лучше выполнятся к таблицам, имеющим кластеризованный индекс. Но в некоторых случаях вы возможно захотите оставить таблицы в их естественном первозданном состоянии, т.е. в виде кучи, и создать лишь некластеризованные индексы для поддержания работоспособности ваших запросов.
Куча, как вы помните, хранит данные в случайном порядке. Обычно подсистема хранения данных добавляет в таблицу данные в той последовательности в которой они вставляются, однако подсистема также любит перемещать строки с целью более эффективного хранения. В результате у вас нет ни единого шанса предсказать в каком порядке будут храниться данные.
Если подсистема запросов должна найти данные без преимуществ некластеризованного индекса, то она сделает полное сканирование таблицы для нахождения нужных ей строк. На очень маленьких таблицах это обычно не проблема, но как только куча растет в своих размерах производительность быстро падает. Конечно, некластеризованный индекс может помочь, используя указатель на файл, страницу и строку где хранятся необходимые данные – обычно это намного лучшая альтернатива сканированию таблицы. Но даже в этом случае трудно сравнивать с преимуществами кластеризованного индекса при рассмотрении производительности запросов.
Однако куча может помочь улучшить производительность в определенных ситуациях. Рассмотрим таблицу с большим количеством вставок, но редкими обновлениями или удалением данных. К примеру, таблица, хранящая лог, преимущественно используется для вставки значений до тех пор пока не будет архивирована. В куче вы не увидите разбиением страниц и фрагментацию данных, как это случается с кластеризованным индексом, потому что строки просто добавляются в конец кучи. Слишком большое разделение страниц может иметь значительное влияние на производительность и в не самом хорошем смысле. В общем, куча позволяет производить вставку данных относительно безболезненно и вам не надо будет бороться с накладными расходами на хранение и обслуживание, как это бывает в случае кластеризованного индекса.
Но отсутствие обновления и удаления данных не должны рассматриваться как единственная причина. Способ выборки данных также является важным фактором. К примеру, вы не должны использовать кучу, если часто выполняете запросы диапазонов данных или запрашиваемые данные часто должны быть сортированы или сгруппированы.
Всё это означает, что вы должны рассматривать возможность использования кучи только когда работаете с особо-маленькими таблицами или всё ваше взаимодействие с таблицей ограничено вставкой данных и ваши запросы чрезвычайно просты (и вы все-равно используете некластеризованные индексы). В противном случае держитесь хорошо спроектированного кластеризованного индекса, к примеру определенного на простом возрастающем ключевом поле, как широко применяемый столбец с IDENTITY.
Как изменить установленное по умолчанию значение коэффициента заполнения индекса?
Изменение установленного по умолчанию коэффициента заполнения индекса это одно дело. Понимание того как установленный по умолчанию коэффициент работает это другое. Но сначала пару шагов назад. Коэффициент заполнения индекса определяет количество пространства на странице для хранения индекса на нижнем уровне (уровень листьев) перед тем как начать заполнять новую страницу. К примеру, если коэффициент выставлен в значение 90, то при росте индекс займет на странице 90%, а затем перейдет на следующую страницу.
По умолчанию, значение коэффициента заполнения индекса в SQL Server равно 0, что равнозначно значению 100. В результате все новые индексы автоматически наследуют эту настройки, если вы специально в коде не укажете отличное от стандартного для системы значения или измените поведение по умолчанию. Вы можете воспользоваться SQL Server Management Studio для корректировки установленного по умолчанию значения или запустить системную сохраненную процедуру sp_configure. К примеру, следующий набор T-SQL команд устанавливает значение коэффициента равное 90 (предварительно необходимо переключится в режим продвинутых настроек):
После изменения значения коэффициента заполнения индекса необходимо перезагрузить сервис SQL Server. Теперь вы можете проверить установленное значение, запустив процедуру sp_configure без указанного второго аргумента:
Данная команда должна вернуть значение равное 90. В результате все вновь создаваемые индексы будут использовать это значение. Вы можете проверить это, создав индекс и запросить значение коэффициента заполнения:
В данном примере мы создали некластеризованный индекс в таблице Person в базе данных AdventureWorks2012. После создания индекса мы можем получить значение коэффициента заполнения из системной таблиц sys.indexes. Запрос должен вернуть 90.
Однако, представим, что мы удалили индекс и снова создали его, но теперь указали конкретное значение коэффициента заполнения:
В этот раз мы добавили инструкцию WITH и опцию fillfactor для нашей операции создания индекса CREATE INDEX и указали значение 80. Оператор SELECT теперь возвращает соответствующее значение.
До сих пор всё было довольно-таки прямолинейно. Где вы реально можете погореть во всём этом процессе, так это когда вы создаёте индекс, использующий значение коэффициента по умолчанию, подразумевая, что вы знаете это значение. К примеру, кто-то неумело ковыряется в настройках сервера и он настолько упорот, что ставит значение коэффициента заполнения индекса равное 20. Тем временем вы продолжаете создавать индексы, предполагая значение по умолчанию равное 0. К сожалению, у вас нет способа узнать значение коэффициента до тех пор как вы не создадите индекс, а затем проверите значение, как мы делали в наших примерах. В противном случае, вам придётся ждать момента когда производительность запросов настолько упадёт, что вы начнёте что-то подозревать.
Другая проблема о которой вам стоит помнить это перестроение индексов. Как и при создании индекса вы можете конкретизировать значение коэффициента заполнения индекса, когда его перестраиваете. Однако, в отличие от команды создания индекса, перестройка не использует серверные настройки по умолчанию, несмотря на то что так может показаться. Даже больше, если вы конкретно не укажете значение коэффициента заполнения индекса, то SQL Server будет использовать то значение коэффициента, с которым этот индекс существовал до его перестройки. К примеру, следующая операция ALTER INDEX перестраивает только что созданный нами индекс:
Когда мы проверим значение коэффициента заполнения мы получим значение равное 80, потому что именно его мы указали при последнем создании индекса. Значение по умолчанию не учитывается.
Как вы видите изменить значение коэффициента заполнения индекса не такое уж сложно дело. Намного сложнее знать текущее значение и понимать когда оно применяется. Если вы всегда конкретно указывается коэффициент при создании и перестройки индексов, то вы всегда знаете конкретный результат. Разве что вам приходится заботиться о том, чтобы кто-то другой снова не напортачил в настройках сервера, вызвав перестройку всех индексов со смехотворно низким значением коэффициента заполнения индекса.
Можно ли создать кластеризованный индекс на столбце, содержащем дубликаты?
И да, и нет. Да вы можете создать кластеризованный индекс на ключевом столбце, содержащем дубликаты значений. Нет, значение ключевого столбца не смогут остаться в состоянии не уникальности. Позвольте объяснить. Если вы создаёте неуникальный кластерный индекс (non-unique clustered index) на столбце, то подсистема хранения данных добавляет к дублирующему значению целочисленное значение (uniquifier), чтобы удостовериться в уникальности и, соответственно, обеспечить возможность идентифицировать каждую строку в кластеризованной таблице.
К примеру, вы можете решить создать в таблице с данными о клиентах кластеризованный индекс по столбцу LastName, хранящим фамилию. Столбец содержит такие значения как Franklin, Hancock, Washington и Smith. Затем вы вставляете значения Adams, Hancock, Smith и снова Smith. Но значение ключевого столбца обязательно должны быть уникальны, поэтому подсистема хранения данных изменит значение дубликатов таким образом, что они будут выглядеть примерно так: Adams, Franklin, Hancock, Hancock1234, Washington, Smith, Smith4567 и Smith5678.
На первый взгляд такой подход кажется нормальным, но целочисленное значение увеличивает размер ключа, что может стать проблемой при большом количестве дубликатов, а эти значения станут основой некластеризованного индекса или ссылкой внешнего ключа. По этим причинам вы всегда должны стараться создавать уникальный кластеризованный (unique clustered indexes) при любой возможности. Если это невозможно, то по крайней мере постарайтесь использовать столбцы с очень высоким содержание уникальных значений.
Как хранится таблица, если не был создан кластеризованный индекс?
SQL Server поддерживает два типа таблиц: кластеризованные таблицы, имеющие кластеризованный индекс и таблицы-кучи или просто кучи. В отличие от кластеризованных таблиц данные в куче не сортированы никоим образом. По сути это и есть нагромождение (куча) данных. Если вы добавите строку к такой таблице, то подсистема хранения данных просто добавит её к концу страницы. Когда страница заполнится данными, то они будут добавлены на новую страницу. В большинстве случаев, вы захотите создать кластеризованный индекс на таблице, чтобы получить преимущества от возможности сортировки и ускорения запросов (попробуйте представить себе найти телефонный номер в адресной книге, не отсортированной по какому-либо принципу). Однако, если вы решите не создавать кластеризованный индекс, то вы по-прежнему можете создать у кучи некластеризованный индекс. В этом случае каждая строка индекса будет иметь указатель на строку кучи. Указатель включает в себя идентификатор файла, номер страницы и номер строки с данными.
Какая взаимосвязь между ограничениями на уникальность значения и первичным ключом с индексами таблицы?
Первичный ключ и и ограничение уникальности обеспечивают, что значения в столбце будут уникальны. Вы можете создать только один первичный ключ у таблицы и он не может содержать значения NULL. Вы можете создать у таблицы несколько ограничений на уникальность значения и каждый из них может иметь единственную запись с NULL.
Когда вы создаете первичный ключ, подсистема хранения данных так же создает уникальный кластеризованный индекс, в случае если уже кластеризованный индекс не был создан. Однако, вы можете переопределить установленное по умолчанию поведение и тогда будет создан некластеризованный индекс. Если кластеризованный индекс существует когда вы создаёте первичный ключ, то будет создан уникальный некластеризованный индекс.
Когда вы создаете ограничение на уникальность, подсистема хранения данных создает уникальный некластеризованный индекс. Но вы можете указать создание уникального кластеризованного индекса, если он не был создан ранее.
В общем случае, ограничение на уникальность значение и уникальный индекс это одно и то же.
Почему в SQL Server кластеризованные и некластеризованные индексы называются сбалансированным деревом?
Базовые индексы в SQL Server, кластеризованные или некластеризованные, распространяются по наборам страниц – узлам индекса. Эти страницы организованы в виде определенной иерархии с древовидной структурой, называемой сбалансированным деревом. На верхнем уровне находится корневой узел, на нижнем, конечные узлы листьев, с промежуточными узлами между верхним и нижним уровнями, как показано на рисунке:
Корневой узел предоставляет главную точку входа для запросов, пытающихся получить данные через индекс. Начиная с этого узла, подсистема запросов инициирует переход по иерархической структуре вниз к подходящему конечному узлу, содержащему данные.
К примеру, представим, что поступил запрос на выборку строк, содержащих значение ключа равное 82. Подсистема запросов начинает работу с корневого узла, который отсылает к подходящему промежуточному узлу, в нашем случае 1-100. От промежуточного узла 1-100 происходит переход к узлу 51-100, а оттуда к конечному узлу 76-100. Если это кластеризованный индекс, то на листе узла содержится данные строки, ассоциированной с ключом равным 82. Если же это некластеризованный индекс, то лист индекса содержит указатель на кластеризованную таблицу или конкретную строку в куче.
Как вообще индекс может улучшить производительность запросов, если приходится переходить по всем этим индексным узлам?
Во-первых, индексы не всегда улучшают производительность. Слишком много неверно созданных индексов превращают систему в болото и понижают производительность запросов. Правильнее сказать, что если индексы были аккуратно применены, то они могут обеспечить значительный прирост в производительности.
Подумайте об огромной книге, посвященной настройке производительности SQL Server (бумажной, не об электронном варианте). Представьте, что вы хотите найти информацию о конфигурировании Регулятора ресурсов. Вы можете водить пальцем постранично через всю книгу или открыть содержание и узнать точный номер страницы с искомой информацией (при условии, что книга правильно проиндексирована и в содержании верные указатели). Безусловно, это сэкономит вам значительное время, не смотря на то, что вам надо сначала обратиться к совершенно другой структуре (индексу), чтобы получить необходимую вам информацию из первичной структуры (книги).
Как и книжный указатель, указатель в SQL Server позволяет вам выполнять точные запросы к нужным данным вместо полного сканирования всех данных, содержащихся в таблице. Для маленьких таблиц полное сканирование обычно не проблема, но большие таблицы занимают много страниц с данными, что в результате может привезти с значительному времени выполнения запроса, если не существует индекса, позволяющего подсистеме запросов сразу получить правильное месторасположение данных. Представьте, что вы заблудились на многоуровневой дорожной развязке перед крупным мегаполисом без карты и вы поймёте идею.
Если индексы настолько замечательны, то почему бы просто не создать их на каждый столбец?
Ни одно доброе дело не должно оставаться безнаказанным. По крайней мере, именно так и обстоит дело с индексами. Разумеется, индексы отлично себя показывают, пока вы выполняете запросы на выборку данных оператором SELECT, но как только начинается частый вызов операторов INSERT, UPDATE и DELETE, так пейзаж очень быстро меняется.
Когда вы инициируется запрос данных оператором SELECT, подсистема запросов находит индекс, продвигается по его древовидной структуре и обнаруживает искомые данные. Что может быть проще? Но все меняется, если вы инициируете оператор изменения, такой как UPDATE. Да, для первой части оператора подсистема запросов может снова использовать индекс для обнаружения модифицируемой строки – это хорошие новости. И если происходит простое изменение данных в строке, не затрагивающее изменение ключевых столбцов, то процесс изменения пройдет вполне безболезненно. Но что, если изменение приведет к разделению страниц, содержащих данные, или будет изменено значение ключевого столбца, приводящее к переносу его в другой индексный узел – это приведёт к тому, что индексу может потребоваться реорганизация, затрагивающая все связанные индексы и операции, в результате будет повсеместное падение производительности.
Аналогичные процессы происходят при вызове оператора DELETE. Индекс может помочь найти месторасположение удаляемых данных, но само по себе удаление данных может привести к перестановке страниц. Касаемо оператора INSERT, главного врага всех индексов: вы начинаете добавлять большое количество данных, что приводит к изменению индексов и их реорганизации и все страдают.
Так что учитывайте виды запросов к вашей базе данных при размышлениях какой тип индексов и в каком количестве стоит создавать. Больше не значит лучше. Перед тем как добавить новый индекс на таблицу просчитайте стоимость не только базовых запросов, но и объем занимаемого дискового пространства, стоимость поддержания работоспособности и индексов, что может привести к эффекту домино для других операций. Ваша стратегия проектирования индексов один из важнейших аспектов внедрения и должна включать в рассмотрение множество соображений: от размера индекса, количества уникальных значений, до типа поддерживаемых индексом запросов.
Обязательно ли создавать кластеризованный индекс на столбце с первичным ключом?
Вы можете создать кластеризованный индекс на любой столбце, соответствующем необходимым условиям. Это верно, что кластеризованный индекс и ограничение первичного ключа созданы друг для друга и их брак заключен на небесах, так что усвойте факт, что когда вы создаете первичный ключ, тогда же будет автоматически создан кластеризованный индекс, если он не был создан ранее. Тем не менее, вы можете решить, что кластеризованный индекс будет лучше работать в другом месте, и часто ваше решение будет вполне оправданным.
Главная цель кластеризованного индекса это сортировка всех строк к вашей таблице на основе ключевого столбца, указанного при определении индекса. Это обеспечивает быстрый поиск и легкий доступ к данным таблицы.
Первичный ключ таблицы может быть хорошим выбором, потому что он однозначно идентифицирует каждую строку в таблицы без необходимости добавлять дополнительные данные. В некоторых случаях лучшим выбором будет суррогатный первичный ключ, обладающий не только признаком уникальности, но и малым размером, а значения которого увеличиваются последовательно, что делает некластеризованные индексы, основанные на этом значении более эффективными. Оптимизатор запросов также любит такое сочетание кластеризованого индекса и первичного ключа, потому что соединение таблиц происходит быстрее, чем при соединении другим способом, не использующим первичный ключ и ассоциированный с ним кластеризованный индекс. Как я и говорил это брак, заключенный на небесах.
В конце стоит, однако, отметить, что при создании кластеризованного индекса необходимо принять во внимание несколько аспектов: как много некластеризованных индексов будет основываться на нём, как часто будут изменяться значение ключевого столбца индекса и на сколько ни большие. Когда значение в столбцах кластеризованого индекса изменятся или индекс не будет обеспечивать должной производительности, тогда все другие индексы таблицы могут быть задеты. Кластеризованный индекс должен быть основан на наиболее устойчивом столбце, значения которого увеличиваются в определенном порядке, но не изменяются в случайном. Индекс должен поддерживать запросы к наиболее часто используемым данным таблицы, таким образом запросы получают все преимущества того, что данные сортированы и доступны на корневых узлах, листьях индекса. Если первичный ключ соответствует этому сценарию, то используйте его. Если же нет, то выберите другой набор столбцов.
А что если проиндексировать представление, то это по-прежнему будет представление?
Представление – это виртуальная таблица, формирующая данные из одной или нескольких таблиц. По сути, это именованный запрос, который получает данные из нижележащих таблиц, когда вы вызываете запрос к этому представлению. Вы можете улучшить производительность запросов, создав кластеризованных индекс и некластеризованные индексы у этого представления, аналогично как вы создаете индексы у таблицы, но основной нюанс состоит в том, что первоначально создается кластеризованный индекс, а затем вы можете создать некластеризованный.
Когда создается индексированное представление (материализованное представление), тогда само определение представления остается отдельной сущностью. Это, в конце концов, всего лишь жестко прописанный оператор SELECT, хранящийся в базе данных. А вот индекс совсем другая история. Когда вы создаете кластеризованный или некластеризованный индекс у предастваления, то данные физически сохраняются на диск, аналогично обычному индексу. В дополнение, когда в нижележащих таблицах изменяются данные, то индекс представления автоматически изменяется (это означает, что вы можете захотеть избежать индексирования представлений тех таблиц, в которых происходят частые изменения). В любом случае, представление остается представлением — взглядом на таблицы, но именно выполненном в данный момент, с индексами ему соответствующими.
Перед тем как вы сможете создать индекс у представления, оно должно соответствовать нескольким ограничениям. К примеру, представление может ссылаться только на базовые таблицы, но не другие представления и эти таблицы должны находиться в той же самой базе данных. На самом деле там множество других ограничений, так что не забудьте обратиться к документации по SQL Server за всеми грязными подробностями.
Зачем использовать покрывающий индекс взамен составного индекса?
Во-первых, давайте убедимся, что мы понимаем различие между ними. Составной индекс это просто обычный индекс, в который включено больше одного столбца. Несколько ключевых столбцов может использоваться для обеспечения уникальности каждой строки таблицы, также возможен вариант, когда первичный ключ состоит из нескольких столбцов, обеспечивающих его уникальность, или вы пытаетесь оптимизировать выполнение часто вызываемых запросов к нескольким столбцам. В общем, однако, чем больше ключевых столбцов содержит индекс, тем менее эффективна работа этого индекса, а значит составные индексы стоит использовать разумно.
Как было сказано, запрос может извлечь огромную выгоду, если все необходимые данные сразу расположены на листьях индекса, как и сам индекс. Это не проблема для кластеризованного индекса, т.к. все данные уже там (вот почему так важно хорошенько подумать когда вы создаете кластеризованный индекс). Но некластеризованный индекс на листьях содержит только ключевые столбцы. Для доступа ко всем остальным данным оптимизатору запросов необходимы дополнительные шаги, что может вызвать значительные дополнительные накладные расходы для выполнения ваших запросов.
Вот где покрывающий индекс спешит на помощь. Когда вы определяете некластеризованный индекс, то можете указать дополнительные столбцы к вашим ключевым. К примеру, представим, что ваше приложение часто запрашивает данные столбцов OrderID и OrderDate в таблице Sales:
Вы можете создать составной некластеризованный индекс на обоих столбцах, но столбец OrderDate только добавит накладных расходов на обслуживание индекса, но так и не сможет служить особо полезным ключевым столбцом. Лучшее решение будет это создание покрывающего индекса с ключевым столбцом OrderID и дополнительно включенным столбцом OrderDate:
При этом вы избегаете недостатков, возникающих при индексации излишних столбцов, в то же время сохраняете преимущества хранения данных на листьях при выполнении запросов. Включенный столбец не является частью ключа, но данные хранятся именно на конечном узле, листе индекса. Это может улучшить производительность выполнения запроса без каких либо дополнительных расходов. К тому же, на столбцы, включенные в покрывающий индекс, накладывается меньше ограничений, нежели на ключевые столбцы индекса.
Имеет ли значение количество дубликатов в ключевом столбце?
Когда вы создаете индекс, вы обязаны постараться уменьшить количество дубликатов в ваших ключевых столбцах. Или более точно: стараться держать коэффициент повторяющихся значений настолько низким, насколько это возможно.
Если вы работаете с составным индексом, то дублирование относится ко всем ключевым столбцам в целом. Отдельный столбец может содержать множество повторяющихся значений, но повторения среди всех столбцов индекса должно быть минимальным. К примеру, вы создаете составной некластеризованный индекс на столбцах FirstName и LastName, вы можете иметь множество значений равных John и множество Doe, но вы хотите иметь как можно меньше значений John Doe, или лучше только одно значение John Doe.
Коэффициент уникальности значений ключевого столбца называется избирательностью индекса. Чем больше уникальных значений, тем выше избирательность: уникальный индекс обладает наибольшей возможной избирательностью. Подсистема запросов очень любит столбцы с высоким значением избирательности, особенно если эти столбцы участвуют в условиях выборки WHERE ваших наиболее часто выполняемых запросов. Чем выше избирательность индекса, тем быстрее подсистема запросов может уменьшить размер результирующего набора данных. Обратной стороной, разумеется, является то, что столбцы с относительно небольшим количеством уникальных значений редко будут хорошими кандидатами на индексирование.
Можно ли создать некластеризованный индекс только для определенного подмножества данных ключевого столбца?
По умолчанию, некластеризованный индекс содержит по одной строке для каждой строки таблицы. Конечно, вы можете сказать то же самое относительно кластеризованного индекса, принимая в расчет, что такой индекс это и есть таблица. Но что касается некластеризованного индекса, то отношение «один к одному» важный концепт, потому что, начиная с версии SQL Server 2008, у вас есть возможность создать фильтруемый индекс, который ограничивает включенные в него строки. Фильтруемый индекс может улучшить производительность выполнения запросов, т.к. он меньше по размеру и содержит отфильтрованную, более аккуратную, статистику, чем вся табличная — это приводит к созданию улучшенных планов выполнения. Фильтруемый индекс также требует меньше места для хранения и меньших затрат на обслуживание. Индекс обновляется только когда изменяются подходящие под фильтр данные.
В дополнение, фильтруемый индекс легко создать. В операторе CREATE INDEX просто необходимо указать в WHERE условие фильтрации. К примеру, вы можете отфильтровать из индекса все строки, содержащие NULL, как показано в коде:
Мы можем, фактически, отфильтровать любые данные, которые не важны в критических запросах. Но будьте внимательны, т.к. SQL Server накладывает несколько ограничений на фильтруемые индексы, такие, как невозможность создать фильтруемый индекс у представления, так что внимательно читайте документацию.
Также, может случиться, что вы можно достичь подобных результатов созданием индексированного представления. Однако, фильтруемый индекс имеет несколько преимуществ, таких как возможность уменьшить стоимость обслуживания и улучшить качество ваших планов выполнения. Фильтруемые индексы также допускают перестройку в онлайн-режиме. Попробуйте это сделать с индексируемым представлением.
Целью появления данного перевода на страницах Хабрахабра было рассказать или напомнить вам о блоге SimpleTalk от RedGate.
В нём публикуется множество занимательных и интересных записей.
Я не связан ни с продуктами фирмы RedGate, ни с их продажей.
