大数据开发必备技能_第二阶段17_Oracle 索引技术详解

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目录

1. 索引概述

2. 索引原理与类型

3. 索引的创建与删除

4. 索引失效场景与解决方案

5. 实战练习

6. 高频面试题

7. 总结与最佳实践

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1. 索引概述

索引是数据库中用于加速数据检索的辅助结构，类似于书籍的目录。其核心作用包括：

• 提升查询效率：避免全表扫描，快速定位数据。

• 保证数据唯一性：唯一索引确保字段值的唯一性（如主键）。

• 优化复杂操作：加速 JOIN、GROUP BY 和 ORDER BY 操作。

适用场景：

• 高频查询字段（如用户ID、订单号）。

• 高基数列（唯一值较多的字段，如手机号）。

• 联表查询的关联字段。

代价与限制：

• 写操作变慢：数据增删改时需维护索引。

• 存储占用：索引占用额外磁盘空间。

• 设计复杂度：不当设计可能导致索引失效或性能下降。

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2. 索引原理与类型

索引原理

• 数据结构：索引存储列值及其对应的 ROWID（数据物理地址）。

• 查询流程：

  1. 通过索引定位目标数据的 ROWID。

  2. 根据 ROWID 直接访问数据块。

索引类型

1. 唯一索引（Unique Index）

   • 功能：确保列值的唯一性。

   • 语法：

     sql

     CREATE UNIQUE INDEX idx_empno ON emp(empno);  

   • 应用场景：主键或唯一约束字段。

2. 位图索引（Bitmap Index）

   • 功能：适用于低基数列（如性别、状态）。

   • 语法：

     sql

     CREATE BITMAP INDEX idx_deptno ON emp(deptno);  

   • 优势：高效处理多条件 AND/OR 查询。

3. 组合索引（Composite Index）

   • 功能：多字段联合索引，需遵循最左前缀原则。

   • 语法：

     sql

     CREATE INDEX idx_dept_job ON emp(deptno, job);  

   • 规则：查询条件必须包含最左字段（如 deptno）。

4. 函数索引（Function-Based Index）

   • 功能：支持对字段进行函数处理的查询。

   • 语法：

     sql

     CREATE INDEX idx_lower_ename ON emp(LOWER(ename));  

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3. 索引的创建与删除

创建索引

sql

-- 唯一索引  
CREATE UNIQUE INDEX uni_empno ON emp(empno);  

-- 位图索引  
CREATE BITMAP INDEX idx_deptno ON emp(deptno);  

-- 组合索引  
CREATE INDEX idx_dept_job ON emp(deptno, job);  

-- 函数索引  
CREATE INDEX idx_lower_ename ON emp(LOWER(ename)); 

删除索引

sql

DROP INDEX idx_deptno;  

---

4. 索引失效场景与解决方案

常见失效场景

1. 隐式类型转换

   • 错误示例：

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE empno = 7788; -- empno 为 VARCHAR2 类型  

   • 修正方案：显式匹配类型。

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE empno = '7788';  

2. 对索引列进行运算

   • 错误示例：

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE empno + 1 = 7789;  

   • 修正方案：调整运算位置。

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE empno = 7789 - 1;  

3. 模糊查询前导通配符

   • 错误示例：

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE ename LIKE '%SCOTT%';  

   • 修正方案：使用反向函数索引。

     sql

     CREATE INDEX idx_reverse_ename ON emp(REVERSE(ename));  
     SELECT * FROM emp WHERE REVERSE(ename) LIKE REVERSE('%SCOTT');  

4. 单独使用组合索引的非最左字段

   • 错误示例：

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE job = 'CLERK'; -- 组合索引为 (deptno, job)  

   • 修正方案：查询条件包含最左字段。

     sql

     SELECT * FROM emp WHERE deptno = 20 AND job = 'CLERK';  

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5. 实战练习

练习1：创建并验证索引

需求：

1. 为 emp 表的 empno 创建唯一索引。

2. 为 deptno 创建位图索引。

3. 验证索引是否生效。

步骤：

sql

-- 创建索引  
CREATE UNIQUE INDEX uni_empno ON emp(empno);  
CREATE BITMAP INDEX idx_deptno ON emp(deptno);  

-- 验证查询计划（使用 Oracle 的 EXPLAIN PLAN）  
EXPLAIN PLAN FOR SELECT * FROM emp WHERE empno = 7788;  
SELECT * FROM TABLE(DBMS_XPLAN.DISPLAY);  

EXPLAIN PLAN FOR SELECT * FROM emp WHERE deptno = 20;  
SELECT * FROM TABLE(DBMS_XPLAN.DISPLAY);  

练习2：处理索引失效

需求：

1. 创建组合索引 (deptno, job)。

2. 编写导致索引失效的查询并修正。

示例：

sql

-- 错误查询（未使用最左字段）  
SELECT * FROM emp WHERE job = 'CLERK';  

-- 修正查询  
SELECT * FROM emp WHERE deptno = 20 AND job = 'CLERK';  

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6. 高频面试题

问题1：索引的优缺点是什么？

• 优点：

  • 加速查询，减少全表扫描。

  • 唯一索引保证数据完整性。

• 缺点：

  • 增删改操作变慢。

  • 占用额外存储空间。

问题2：组合索引的最左前缀原则是什么？

• 答案：查询条件必须包含组合索引的最左字段，否则索引失效。

  • 示例：索引 (deptno, job) 的查询需包含 deptno。

问题3：位图索引适用于什么场景？

• 答案：低基数列（如性别、状态码），适合数据仓库中的多条件 AND/OR 查询。

问题4：如何避免索引失效？

• 答案：

  • 避免隐式类型转换。

  • 不在索引列上使用函数或运算。

  • 模糊查询避免前导 %。

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7. 总结与最佳实践

核心原则

• 选择性优先：优先为高基数列创建索引。

• 适度使用：单表索引不超过6个。

• 定期维护：监控索引使用率，清理冗余索引。

最佳实践

1. 设计阶段：

   • 对高频查询字段创建索引。

   • 使用组合索引优化多条件查询。

2. 开发阶段：

   • 避免在索引列上进行运算。

   • 使用 EXPLAIN PLAN 分析查询性能。

3. 运维阶段：

   • 定期重建碎片化索引：

     sql

     ALTER INDEX idx_name REBUILD;  

   • 归档历史数据，减少索引膨胀。

注意事项

• 写密集场景：谨慎添加索引，避免拖慢写操作。

• 长文本字段：避免创建索引（如 CLOB 类型）。

• 分区表：结合本地索引提升大表查询效率。