多級索引

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在本文中，我們將討論關係型資料庫管理系統 (RDBMS) 中的多級索引，包括其型別和示例。

在關係型資料庫管理系統 (RDBMS) 中，索引是重要的資料結構，透過減少檢索資料所需的磁碟訪問次數來加快資料檢索速度。但是，隨著資料庫規模的增長，傳統的索引可能會變得效率低下。多級索引透過將索引劃分為更小、更易於管理的部分來解決此問題。

索引

索引有助於最佳化資料庫的效能。它最大限度地減少了處理查詢時所需的磁碟訪問次數。這是一種資料結構技術，用於快速定位和訪問資料庫中的資料。

索引使用兩種東西：搜尋鍵或候選鍵以及資料引用或指標。

搜尋鍵或候選鍵

它包含表的主鍵或候選鍵的副本。這些值按排序順序儲存，以便可以快速訪問相應的資料。資料可能按排序順序儲存，也可能不按排序順序儲存。

資料引用或指標

它包含一組指標，這些指標儲存可以找到該特定鍵值的磁碟塊的地址。

資料庫中可以使用多種索引類別。它們包括單列索引、多列索引、聚集索引、非聚集索引、點陣圖索引、全文索引。

檔案組織機制的型別

檔案組織機制主要有兩種型別，如下所示。我們還列出了用於這些組織機制的資料儲存索引方法。

順序檔案組織或有序索引檔案

這些有序或順序檔案組織可以以密集或稀疏格式儲存資料：

• 密集索引

• 稀疏索引

雜湊檔案組織

索引主要有三種方法：

• 聚集索引

• 非聚集或二級索引

• 多級索引

多級索引的必要性

隨著資料庫規模的增長，索引的規模也會隨之增長。但是，由於其較大的尺寸，將單級索引儲存在主記憶體中可能不切實際，這需要多次磁碟訪問。

為了解決這個問題，使用了多級索引。此技術將主塊分解成更小的塊。每個較小的塊可以儲存在一個塊中。外部塊進一步細分為內部塊，每個內部塊都與一個數據塊相關聯。這種方法減少了開銷，並簡化了索引在主記憶體中的儲存。

多級索引簡介

多級索引指的是索引的層次結構。在這裡，索引的每個級別都提供了對資料的更詳細的引用。它允許更快的資料檢索，減少磁碟訪問並提高查詢效能。在大型資料庫中，傳統索引效率低下，多級索引至關重要。

可以為任何具有多個磁碟塊的一級索引（主鍵、二級或聚類）建立多級索引。它就像一個搜尋樹，但新增或刪除新的索引條目具有挑戰性，因為索引的每一級都是一個有序檔案。

為了解決這個問題，大多數多級索引使用 B 樹或 B+ 樹資料結構。這些結構在每個樹節點（磁碟塊）中留出一些空間，以允許新的索引條目。多級索引將索引檔案視為一個有序檔案，其中每個 K(i) 都有一個唯一的條目。

多級索引的型別

多級索引主要有兩種型別：B 樹索引、B+ 樹索引。下面簡要介紹了這些型別。

B 樹索引

此型別的索引用於大多數資料庫管理系統。它是一種平衡樹資料結構，其中樹中的每個節點都包含一組鍵及其子節點的指標。

B 樹對於範圍查詢非常高效，並且支援插入和刪除記錄，而無需重新構建索引。

B 樹優點

• 它們對於範圍查詢非常高效，因為它們允許快速遍歷樹結構。

• 它們是平衡的，因此提供可預測的搜尋和檢索時間。

• 它們可以有效地處理大量插入和刪除操作，而無需重新組織索引。

• 它們適用於主鍵和二級索引。

B 樹缺點

• 與其他索引型別相比，它們具有更高的開銷，這對於非常大的資料庫來說可能成為問題。

• 它們可能難以實現和管理。

• 對於點查詢，它們可能不如範圍查詢高效。

B+ 樹索引

此型別的索引類似於 B 樹，但進行了一些修改以提高範圍查詢的效能。在 B+ 樹中，只有葉子節點包含實際的資料記錄，而非葉子節點充當子節點的鍵。B+ 樹通常用於具有高讀/寫操作的大型資料庫，因為它們可以處理大量資料，並且開銷相對較低。

B+ 樹優點

• 它們針對範圍查詢進行了最佳化，因此對於需要範圍搜尋的查詢速度更快。

• 與 B 樹相比，它們的開銷更低，這使得它們對於大型資料庫更有效。

• 它們在二級索引中表現良好，因為它們僅在葉子節點中儲存資料。

• 與 B 樹相比，它們的實現更簡單。

B+ 樹缺點

• 對於點查詢，它們比 B 樹需要更多的磁碟訪問，這會影響效能。

• 與 B 樹相比，它們在插入和刪除方面需要更多開銷。

• 與其他索引型別相比，它們可能更復雜，更難以實現和管理。

B 樹和 B+ 樹索引方法的比較

此表提供了常規比較。但是，具體優勢和劣勢可能取決於特定用例和資料庫系統。

	B 樹	B+ 樹
資料儲存	內部節點和葉子節點都儲存鍵值對	只有葉子節點儲存鍵值對
扇出	由於內部節點儲存資料，因此扇出較低	由於內部節點僅儲存鍵，因此扇出較高
範圍查詢	需要額外的磁碟訪問才能從內部節點檢索資料	可以透過僅訪問葉子節點來更有效地執行範圍查詢
插入/刪除	由於內部節點儲存資料，因此需要更多開銷	由於內部節點僅儲存鍵，因此需要較少的開銷
磁碟空間使用情況	由於內部節點儲存資料，因此使用更多磁碟空間	由於內部節點僅儲存鍵，因此使用較少的磁碟空間
實現	實現和管理更簡單	實現和管理更復雜
查詢效能	更適合點查詢和小資料集	更適合範圍查詢和更大的資料集

總結

在本文中，我們討論了關係型資料庫管理系統 (RDBMS) 中多級索引的概述。我們解釋了隨著資料庫規模的增長，傳統索引如何變得效率低下，以及多級索引如何透過將索引劃分為更小的部分來解決此問題。

我們還介紹了不同類別的索引和檔案組織機制。然後，它解釋了多級索引的必要性，並介紹了索引的層次結構概念。討論了兩種主要的多級索引型別，即 B 樹和 B+ 樹索引，以及它們的優缺點，以及兩者之間的常規比較。