Sql Database Performance Indexing Database Indexes

การเข้าใจว่าการสร้างดัชนีในฐานข้อมูลทำงานอย่างไร

เมื่อฐานข้อมูลขยายใหญ่ขึ้น การดึงข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของระบบ กลไกที่สำคัญอย่างหนึ่งในการเพิ่มความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลคือ การสร้างดัชนี ในบล็อกโพสต์นี้เราจะสำรวจแนวคิดของการสร้างดัชนีในฐานข้อมูล วิธีการทำงาน และความสำคัญในการปรับปรุงการค้นหา

การสร้างดัชนีในฐานข้อมูลคืออะไร?

การสร้างดัชนีในฐานข้อมูลเปรียบเสมือนการมีดัชนีในหนังสือ มันช่วยให้สามารถค้นหาข้อมูลได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องค้นหาทุกรายการทีละรายการ

  • คำจำกัดความ: ดัชนีคือโครงสร้างข้อมูลที่จัดเรียงซึ่งเก็บค่าของฟิลด์เฉพาะในตารางและชี้ไปยังบันทึกที่เกี่ยวข้อง
  • วัตถุประสงค์: โดยการสร้างดัชนี คุณช่วยให้เอ็นจินฐานข้อมูลสามารถค้นหาได้เร็วขึ้นด้วยอัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพ เช่น การค้นหาตามลำดับแบบไบนารี่

ทำไมการสร้างดัชนีจึงจำเป็น?

เมื่อข้อมูลถูกเก็บไว้ในดิสก์ มันจะถูกจัดระเบียบในบล็อก ซึ่งทำให้การเข้าถึงข้อมูลขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพในการค้นหาบล็อกเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ ดังนี้:

  • โครงสร้างข้อมูล: บล็อกดิสก์คล้ายกับลิงก์ลิสต์ โดยประกอบด้วยข้อมูลและพอยเตอร์ไปยังบล็อกถัดไป
  • ประสิทธิภาพในการค้นหา:
    • ไม่สร้างดัชนี: การค้นหาฟิลด์ที่ไม่เรียงลำดับใช้ การค้นหาตามลำดับ ซึ่งต้องการการเข้าถึงบล็อกเฉลี่ย (N + 1) / 2 โดยที่ N คือจำนวนบล็อก
    • สร้างดัชนี: ฟิลด์ที่เรียงลำดับช่วยให้สามารถใช้ การค้นหาตามลำดับแบบไบนารี่ ซึ่งลดจำนวนการเข้าถึงบล็อกเฉลี่ยเหลือ log2 N อย่างมีนัยสำคัญ

การสร้างดัชนีทำงานอย่างไร?

เพื่อทำความเข้าใจว่าการสร้างดัชนีทำงานอย่างไร เรามาพิจารณาโครงสร้างฐานข้อมูลที่ง่าย:

โครงสร้างฐานข้อมูลตัวอย่าง

ชื่อฟิลด์        ชนิดข้อมูล   ขนาดในดิสก์
id (Primary key)  Unsigned INT 4 bytes
firstName         Char(50)     50 bytes
lastName          Char(50)     50 bytes
emailAddress      Char(100)    100 bytes

ตัวอย่างสถานการณ์

  1. การค้นหาตามลำดับ ในฟิลด์ที่ไม่เรียงลำดับ (เช่น firstName):

    • หากมีบันทึก 5 ล้านรายการ การค้นหาเฉลี่ยจะเกี่ยวข้องกับการเข้าถึงบล็อก 1 ล้านครั้งซึ่งเป็นการใช้ทรัพยากรอย่างมีนัยสำคัญ

  2. การค้นหาตามลำดับแบบไบนารี่ ในฟิลด์ที่เรียงลำดับ (เช่น id):

    • ที่นี่คุณจะต้องการเพียงประมาณ 20 การเข้าถึงบล็อก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ได้รับจากการสร้างดัชนี

ผลกระทบของการสร้างดัชนีต่อประสิทธิภาพการค้นหา

เมื่อสร้างดัชนีสำหรับฟิลด์เฉพาะ โครงสร้างใหม่จะประกอบไปด้วยค่าฟิลด์และพอยเตอร์ไปยังบันทึกเดิม:

โครงสร้างดัชนีสำหรับ firstName

ชื่อฟิลด์        ชนิดข้อมูล   ขนาดในดิสก์
firstName         Char(50)     50 bytes
(พอยเตอร์บันทึก) พิเศษ        4 bytes
  • หมายความว่าจะมีบันทึกที่ต้องกรองน้อยลง:
    • การค้นหาที่มีดัชนีต้องการการเข้าถึงบล็อกประมาณ 20 ครั้งโดยใช้การค้นหาตามลำดับแบบไบนารี่เมื่อเทียบกับ 1 ล้านครั้งหากไม่มีการสร้างดัชนี

เมื่อใดควรใช้การสร้างดัชนี?

ในขณะที่การสร้างดัชนีช่วยปรับปรุงความเร็วในการค้นหา แต่ก็ต้องการพื้นที่เพิ่มเติมและอาจมีผลกระทบต่อการดำเนินการแทรกและลบ นี่คือข้อพิจารณาสำคัญบางประการ:

  • พื้นที่ดิสก์: คำนึงว่าการสร้างดัชนีจะเพิ่มพื้นที่ที่ใช้ไปอย่างมีนัยสำคัญ
  • ความไม่ซ้ำของฟิลด์: ความไม่ซ้ำซาก (uniqueness) ของค่าฟิลด์ที่สูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการสร้างดัชนี สำหรับฟิลด์ที่มีความไม่ซ้ำซากต่ำ การเพิ่มประสิทธิภาพอาจไม่เพียงพอที่จะชดเชยการใช้ทรัพยากรเพิ่มเติม
  • หลีกเลี่ยงการสร้างดัชนีมากเกินไป: ดัชนีมากเกินไปอาจทำให้การใช้ดิสก์สูงขึ้นและชะลอการดำเนินการเขียน

สรุป

การสร้างดัชนีในฐานข้อมูลเป็นส่วนสำคัญในการจัดการชุดข้อมูลขนาดใหญ่ให้มีประสิทธิภาพ โดยการใช้กลยุทธ์การสร้างดัชนีอย่างรอบคอบ คุณสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการค้นหาอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ต้องคำนึงถึงการแลกเปลี่ยนที่เกี่ยวข้อง

ด้วยการทำความเข้าใจหลักการเหล่านี้ ผู้ดูแลฐานข้อมูลและนักพัฒนาสามารถปรับแต่งฐานข้อมูลของตนได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยทำให้แน่ใจว่าพวกเขาสามารถใช้พลังที่แท้จริงของการสร้างดัชนีเพื่อตอบสนองความต้องการในการดึงข้อมูลของตน