SQL开发知识:SQL Server表和索引存储结构

1. SQL Server表的存储结构

SQL Server中,每张表都被分成了很多个8KB的页面,也被称作“数据页”。数据页是表中存储数据的基本单位,一个数据页中可以存储多行记录。每张表都至少有一个存储数据的堆,又称为“堆表”,它是由一些数据页组成的一个逻辑结构。

1.1. 堆表的存储方式

堆表是按顺序存储记录的,每条记录被放置在任意的数据页中,每个数据页之间通过页链表进行链接。当一张堆表插入新记录时,SQL Server会按照空闲空间的大小来选择最适合存储该记录的数据页。如果没有合适的空闲空间,就会新建一个数据页。

优点:堆表插入记录的速度很快,因为不用为了维护索引而花费额外的时间。同时,在更新记录的时候,也不会涉及到对索引的操作,因此对于随机更新的场景,堆表的维护成本较低。

缺点:由于堆表的数据是按顺序存储的,所以查询数据时需要进行全表扫描,耗费时间和资源。此外,由于堆表没有索引来帮助数据的快速查找,因此在查询符合条件的数据时,需要遍历整张表,其查询效率低下。

1.2. 聚集索引的存储方式

聚集索引是按照指定的列或列组排序的数据结构,其中包含了整张表的所有列。在SQL Server中,每张表只能有一个聚集索引,对于指定了聚集索引的表,其数据页的组织方式就不再是堆表式的。

指定了聚集索引的表的数据页组成一颗聚集索引B-Tree,在B-Tree的每个节点中存储了一个索引键,而数据页中存储了整行数据。聚集索引的叶节点存储了整张表的数据。

优点:由于聚集索引会将数据页按照索引键的值进行排序,因此在查询符合条件的数据时可以快速地定位到要查询的记录,降低了IO的消耗,因此相较于堆表的查询效率提升了很多。

缺点:由于聚集索引在数据页中存储了整行数据,因此在更新记录时需要维护索引结构,降低了更新效率。此外,由于每张表只能有一个聚集索引,因此在查询不同列的数据时可能会每次扫描整张表,其查询效率低下。

1.3. 非聚集索引的存储方式

与聚集索引不同的是,非聚集索引只包含了选定的列和该列所指向的聚集索引的键值,而不包含表中的所有列。在SQL Server中,每张表可以包含多个非聚集索引。

非聚集索引的数据页也存储在B-Tree中,其叶子节点指向了该索引所对应的聚集索引的键值,以及索引列的键值。当用户在查询该索引列时,非聚集索引将先定位到聚集索引的某个叶子节点上,再根据该节点中的聚集索引键值进行查询。

优点:非聚集索引的建立可以解决聚集索引不能同时存在于多个列的问题,同时也可以提高查询效率。非聚集索引的建立不会涉及到整张表的排序,因此相较于聚集索引的维护成本较低。在更新表时,相较于聚集索引速度较快。

缺点:由于非聚集索引不包含所有列的信息,因此在执行查询操作时可能需要回到原始数据中去寻找信息,增加了IO的消耗。此外,由于非聚集索引的建立是基于聚集索引上的,如果聚集索引被删除,则需要重建所有的非聚集索引。

2. SQL Server索引的存储方式

索引是用于优化数据库查询性能的重要手段,它可以让我们在不扫描整张表的情况下,快速地查询符合条件的数据。SQL Server中,不同类型的索引有不同的存储方式。

2.1. B-Tree索引的存储方式

B-Tree索引是SQL Server中使用最广泛的索引类型,它将索引的值存储在B-Tree的节点中,当查询时,SQL Server会从B-Tree的根节点开始递归向下,直到找到符合条件的数据。

优点:B-Tree索引的查询速度快,查找某个特定值的时间复杂度为O(log n),而且可以用于范围查询。同时,B-Tree索引支持数据的快速插入和删除,因此对于插入和查询比较频繁的场景,其性能较好。

缺点:B-Tree索引的不足之处是数据的存储和更新成本较高,因为每次插入一个新的键值对时,需要保证树的平衡,而树的平衡是通过对节点进行分裂或合并来实现的。

2.2. Hash索引的存储方式

Hash索引是将索引值通过hash算法计算出一个索引值,然后将其存储起来。查询时,直接使用计算出来的索引值来进行查找。与B-Tree索引不同,Hash索引只支持等值查询,不支持范围查询。

优点:Hash索引的查询速度快,时间复杂度为O(1)。同时,Hash索引由于对冲突键值对采用了链表存储的方式,因此对于数据的插入和删除效率也较高。

缺点:Hash索引的不足之处是其只支持等值查询,对于范围查询、模糊查询等操作,其效率较低。而且,当Hash索引的键值冲突较多时,就会出现链表过长的情况,降低了索引的查询效率。

2.3. 全文索引的存储方式

全文索引是为了解决全文搜索的问题而引入的一种索引方式,它将文档中的单词作为索引的关键词,搜索时,SQL Server会提取出搜索关键词,然后在全文索引中进行匹配。

全文索引使用多种数据结构存储,例如倒排索引、SIS(smart index storage)等。倒排索引是指将文档中的每个单词和所有包含该单词的文档建立一个索引;SIS则是对文档进行分区,当进行查找时,只需要搜索属于查询范围的文档,避免了全文搜索的复杂性。

优点:全文索引适合进行模糊查询或关键词搜索,其查询速度与搜索的关键词和索引的大小有关,但一般情况下,全文索引可以提供较高的查询效率。

缺点:全文索引的不足之处是其在对数据进行更新时,需要重新构建索引,更新效率比较低。同时,全文索引的查询性能也会受到数据的增长和索引的更新等因素的影响,需要时刻关注其查询效率的变化。

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