SQL Server数据库中的数据页优化之道-猿码集

1. 什么是数据页？

数据页是SQL Server中最基本的存储单位，每个数据页大小为8KB。SQL Server的所有数据都被存储在数据页中，包括表、索引和LOB数据。当SQL Server从磁盘中读取数据时，它以“页”的形式读取它们，并将它们保存在SQL Server缓冲池中，供查询使用。

一个数据页由页头和数据区组成。页头记录了一些元数据，如页面类型、页面编号、页面状态等。数据区则保存了实际的数据，可以是表数据、索引数据或LOB数据。

下面是一个数据页的示意图：


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|        Page Header       |
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|       Data Section       |
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一个查询需要读取的数据越少，IO操作就会越少，查询性能就会越好。因此，在设计数据库时，应尽量避免使用大量的小表，而是使用较少的大表。使用一张大表而不是多张小表还有一个好处，即可以避免在多个表之间进行连接操作时产生的额外开销。

覆盖索引是指索引包含了查询所需的所有列，因此，查询可以直接从索引中获取所需的数据，而不需要访问表。由于索引需要占用磁盘和内存空间，因此，使用覆盖索引需要权衡查询性能和存储空间之间的关系。

下面是一个示例，查询以order_date为条件，同时要检索order_id、product_id和quantity字段：


SELECT order_id, product_id, quantity
FROM Sales
WHERE order_date = '2021-01-01'

为了优化这个查询，可以建立一个覆盖索引：


CREATE NONCLUSTERED INDEX idx_sales_orderdate
ON Sales (order_date)
INCLUDE (order_id, product_id, quantity)

这个索引包含了order_date、order_id、product_id和quantity字段，因此可以直接从索引中获取所需的数据。

聚集索引用于对表进行物理排序，因此，一张表只能有一个聚集索引。如果没有指定聚集索引，SQL Server会为表自动创建一个聚集索引，这个聚集索引称为聚集索引默认值。

聚集索引的使用可以显著提高查询性能，但是，聚集索引的建立需要考虑到表的物理排序，因此，在设计表时需要仔细选择聚集索引。

LOB数据指的是大型对象（Large Objects），如文本、图像、音频和视频等。由于LOB数据的体积较大，如果不加以优化，会导致查询性能下降。

为了优化LOB数据的存储，可以使用以下方法：

将LOB数据与其他字段分开存储。将LOB数据存储在单独的表中，可以避免在查询时对其他字段进行大量的IO操作。

使用FILESTREAM。FILESTREAM是一种新型的数据类型，可以将LOB数据存储在文件中，而不是存储在表中。使用FILESTREAM可以提高LOB数据的读写性能，并减少数据库的存储空间。

优化LOB数据的访问模式。对于读取频繁但更新不频繁的LOB数据，可以使用行内LOB存储方式，将LOB数据存储在行数据中，以减少IO操作。对于写入频繁的LOB数据，可以使用离散LOB存储方式将LOB数据存储在单独的数据页中，以减少锁竞争。

数据页填充因子是指页的使用率，即页中存储有效数据的比例。一个数据页的填充因子越高，就说明这个数据页中存储了更多的有效数据，而不是空白区域。因此，使用率高的数据页可以有效地提高查询性能。

一般来说，数据页的填充因子建议设置在70%到90%之间。如果填充因子太低，会导致需要读取更多的数据页，从而降低查询性能。如果填充因子太高，会导致数据页的利用率降低，从而浪费存储空间。

压缩技术可以减少数据的存储空间，从而降低数据库的存储成本。SQL Server支持两种类型的压缩技术：

行级压缩。行级压缩可以减少行数据的存储空间。使用行级压缩需要权衡压缩和解压缩的开销以及查询性能和存储空间之间的关系。

页级压缩。页级压缩可以减少数据页的存储空间。使用页级压缩可以显著降低存储成本，但是会增加CPU负担。

在使用压缩技术时，需要权衡查询性能和存储空间之间的关系，根据具体情况合理地使用压缩技术。

数据页是SQL Server中最基本的存储单位，影响着数据库的读写性能。合理地使用数据页可以提高SQL Server数据库的性能和可用性。在优化数据页时，需要考虑表的设计、聚集索引、LOB数据的存储、数据页填充因子和压缩技术等多个方面，根据具体情况进行选择和优化，以达到最优的查询性能和存储空间。