多级索引

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在本文中，我们将讨论关系型数据库管理系统 (RDBMS) 中的多级索引，包括其类型和示例。

在关系型数据库管理系统 (RDBMS) 中，索引是重要的数据结构，通过减少检索数据所需的磁盘访问次数来加快数据检索速度。但是，随着数据库规模的增长，传统的索引可能会变得效率低下。多级索引通过将索引划分为更小、更易于管理的部分来解决此问题。

索引

索引有助于优化数据库的性能。它最大限度地减少了处理查询时所需的磁盘访问次数。这是一种数据结构技术，用于快速定位和访问数据库中的数据。

索引使用两种东西：搜索键或候选键以及数据引用或指针。

搜索键或候选键

它包含表的主键或候选键的副本。这些值按排序顺序存储，以便可以快速访问相应的数据。数据可能按排序顺序存储，也可能不按排序顺序存储。

数据引用或指针

它包含一组指针，这些指针保存可以找到该特定键值的磁盘块的地址。

数据库中可以使用多种索引类别。它们包括单列索引、多列索引、聚集索引、非聚集索引、位图索引、全文索引。

文件组织机制的类型

文件组织机制主要有两种类型，如下所示。我们还列出了用于这些组织机制的数据存储索引方法。

顺序文件组织或有序索引文件

这些有序或顺序文件组织可以以密集或稀疏格式存储数据：

• 密集索引

• 稀疏索引

哈希文件组织

索引主要有三种方法：

• 聚集索引

• 非聚集或二级索引

• 多级索引

多级索引的必要性

随着数据库规模的增长，索引的规模也会随之增长。但是，由于其较大的尺寸，将单级索引存储在主内存中可能不切实际，这需要多次磁盘访问。

为了解决这个问题，使用了多级索引。此技术将主块分解成更小的块。每个较小的块可以存储在一个块中。外部块进一步细分为内部块，每个内部块都与一个数据块相关联。这种方法减少了开销，并简化了索引在主内存中的存储。

多级索引简介

多级索引指的是索引的层次结构。在这里，索引的每个级别都提供了对数据的更详细的引用。它允许更快的数据检索，减少磁盘访问并提高查询性能。在大型数据库中，传统索引效率低下，多级索引至关重要。

可以为任何具有多个磁盘块的一级索引（主键、二级或聚类）创建多级索引。它就像一个搜索树，但添加或删除新的索引条目具有挑战性，因为索引的每一级都是一个有序文件。

为了解决这个问题，大多数多级索引使用 B 树或 B+ 树数据结构。这些结构在每个树节点（磁盘块）中留出一些空间，以允许新的索引条目。多级索引将索引文件视为一个有序文件，其中每个 K(i) 都有一个唯一的条目。

多级索引的类型

多级索引主要有两种类型：B 树索引、B+ 树索引。下面简要介绍了这些类型。

B 树索引

此类型的索引用于大多数数据库管理系统。它是一种平衡树数据结构，其中树中的每个节点都包含一组键及其子节点的指针。

B 树对于范围查询非常高效，并且支持插入和删除记录，而无需重新构建索引。

B 树优点

• 它们对于范围查询非常高效，因为它们允许快速遍历树结构。

• 它们是平衡的，因此提供可预测的搜索和检索时间。

• 它们可以有效地处理大量插入和删除操作，而无需重新组织索引。

• 它们适用于主键和二级索引。

B 树缺点

• 与其他索引类型相比，它们具有更高的开销，这对于非常大的数据库来说可能成为问题。

• 它们可能难以实现和管理。

• 对于点查询，它们可能不如范围查询高效。

B+ 树索引

此类型的索引类似于 B 树，但进行了一些修改以提高范围查询的性能。在 B+ 树中，只有叶子节点包含实际的数据记录，而非叶子节点充当子节点的键。B+ 树通常用于具有高读/写操作的大型数据库，因为它们可以处理大量数据，并且开销相对较低。

B+ 树优点

• 它们针对范围查询进行了优化，因此对于需要范围搜索的查询速度更快。

• 与 B 树相比，它们的开销更低，这使得它们对于大型数据库更有效。

• 它们在二级索引中表现良好，因为它们仅在叶子节点中存储数据。

• 与 B 树相比，它们的实现更简单。

B+ 树缺点

• 对于点查询，它们比 B 树需要更多的磁盘访问，这会影响性能。

• 与 B 树相比，它们在插入和删除方面需要更多开销。

• 与其他索引类型相比，它们可能更复杂，更难以实现和管理。

B 树和 B+ 树索引方法的比较

此表提供了常规比较。但是，具体优势和劣势可能取决于特定用例和数据库系统。

	B 树	B+ 树
数据存储	内部节点和叶子节点都存储键值对	只有叶子节点存储键值对
扇出	由于内部节点存储数据，因此扇出较低	由于内部节点仅存储键，因此扇出较高
范围查询	需要额外的磁盘访问才能从内部节点检索数据	可以通过仅访问叶子节点来更有效地执行范围查询
插入/删除	由于内部节点存储数据，因此需要更多开销	由于内部节点仅存储键，因此需要较少的开销
磁盘空间使用情况	由于内部节点存储数据，因此使用更多磁盘空间	由于内部节点仅存储键，因此使用较少的磁盘空间
实现	实现和管理更简单	实现和管理更复杂
查询性能	更适合点查询和小数据集	更适合范围查询和更大的数据集

总结

在本文中，我们讨论了关系型数据库管理系统 (RDBMS) 中多级索引的概述。我们解释了随着数据库规模的增长，传统索引如何变得效率低下，以及多级索引如何通过将索引划分为更小的部分来解决此问题。

我们还介绍了不同类别的索引和文件组织机制。然后，它解释了多级索引的必要性，并介绍了索引的层次结构概念。讨论了两种主要的多级索引类型，即 B 树和 B+ 树索引，以及它们的优缺点，以及两者之间的常规比较。