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位图索引
1.1 位图索引概述
- 位图索引通过位图向量，表示索引键值在表中的分布。
- 适用于没有大量更新操作的对象，如：OLAP数据库。
- 对于存在大量更新操作的索引列，不适用位图索引。因此对于OLTP并不适用。
- 更新位图向量时，相应位图涉及的所有数据行会被锁定，无法针对这些数据行的该索引列进行DML操作。
1.2 位图索引结构的说明
与B-tree索引的联系及区别如下：
- 与B-tree索引的联系：位图索引使用B-tree形式组成。
- 与B-tree索引的区别：位图索引的一个索引键值对应一个叶子节点。（B-tree的叶节点包含多个索引键值）
- 与B-tree索引的区别：位图索引使用位图向量标识键值对应的数据行分布情况。（B-tree采用rowid定位数据行）
此外：
- 位图索引创建时，不需要进行排序，因此速度较快；而B-tree索引创建时，需要排序等操作，因此慢很多。
- 位图索引允许键值为NULL，因此进行NULL条件查询时，可以使用索引。而B-tree索引不记录NULL（组合索引除外），因此会使用全表扫描。
- 对于表的访问效率很高
- 当使用count(XX),可以直接访问索引就快速得出统计数据.
- 当根据位图索引的列进行and,or或 in(x,y,..)查询时,直接用索引的位图进行或运算,在访问数据之前可事先过滤数据.
需要重申的是：
- B树索引中，由于根据键值的rowid定位数据行，因此相同的键值存在多次，与相应的rowid对应。
- 位图索引中，由于根据位图向量定位键值所在的数据行，因此相同键值只需要记录一次。
1.3 位图索引对于执行计划的影响
对于B-tree索引，CBO优化器会根据数据的具体分布情况，选择是否应用索引。
对于位图索引，即使读取非常大的数据，仍然会选择索引。
-- 查看测试数据表的结构
Yumiko@sunny >desc test01;
Name Null? Type
--------------------------------------------- -------- ----------------
OWNER VARCHAR2(30)
OBJECT_NAME VARCHAR2(128)
SUBOBJECT_NAME VARCHAR2(30)
OBJECT_ID NUMBER
DATA_OBJECT_ID NUMBER
OBJECT_TYPE VARCHAR2(19)
CREATED DATE
LAST_DDL_TIME DATE
TIMESTAMP VARCHAR2(19)
STATUS VARCHAR2(7)
TEMPORARY VARCHAR2(1)
GENERATED VARCHAR2(1)
SECONDARY VARCHAR2(1) -- 查看表的总行数
Yumiko@sunny >select count(*) from test01; COUNT(*)
----------
22928 -- 查看owner字段的数据分布情况，可以发现owner字段的含SYS的数据非常庞大，存在明显的数据倾斜
-- 准备为owner字段分两次，建立b-tree索引以及位图索引，通过相同的查询条件，比较索引的使用情况
Yumiko@sunny >select owner,count(*) from test01 group by owner order by count(*); OWNER COUNT(*)
------------------------------ ----------
BI 8
SCOTT 10
SYS 22910 --建立b-tree索引并验证
Yumiko@sunny >create index BTREE_OWNER on test01(owner);
Index created. Yumiko@sunny >select INDEX_NAME,INDEX_TYPE,TABLE_NAME from user_indexes where TABLE_NAME = 'TEST01'; INDEX_NAME INDEX_TYPE TABLE_NAME
------------------------------ --------------------------- ------------------------------
BTREE_OWNER NORMAL TEST01 --打开会话根据，已查看执行计划
Yumiko@sunny >set autotrace trace --查询owner字段为BI时，由于从较多数据中检查个别数据，执行计划用到了索引扫描，通过索引块，快速定位目标数据的rowid，进而访问数据块获得结果。此时效率最高
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='BI';
8 rows selected. Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 725909888 -------------------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time |
-------------------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 8 | 1416 | 2 (0)| 00:00:01 |
| 1 | TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| TEST01 | 8 | 1416 | 2 (0)| 00:00:01 |
|* 2 | INDEX RANGE SCAN | BTREE_OWNER | 8 | | 1 (0)| 00:00:01 |
------------------------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id):
--------------------------------------------------- 2 - access("OWNER"='BI') Note
-----
- dynamic sampling used for this statement Statistics
----------------------------------------------------------
40 recursive calls
0 db block gets
84 consistent gets
4 physical reads
0 redo size
2010 bytes sent via SQL*Net to client
469 bytes received via SQL*Net from client
2 SQL*Net roundtrips to/from client
0 sorts (memory)
0 sorts (disk)
8 rows processed -- 查询owner字段为SYS时，由于数据中该字段的数据存在明显的数据倾斜，若通过索引方式检索，将先扫面大部分的索引块，然后再根据rowid查找数据块，此时代价十分大，不如直接全表扫描效率高，因此不用索引。
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='SYS'; 22910 rows selected. Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 262542483 ----------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time |
----------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 22064 | 3813K| 159 (2)| 00:00:02 |
|* 1 | TABLE ACCESS FULL| TEST01 | 22064 | 3813K| 159 (2)| 00:00:02 |
---------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id):
--------------------------------------------------- 1 - filter("OWNER"='SYS') Note
-----
- dynamic sampling used for this statement Statistics
----------------------------------------------------------
7 recursive calls
0 db block gets
2288 consistent gets
8 physical reads
0 redo size
1148463 bytes sent via SQL*Net to client
17266 bytes received via SQL*Net from client
1529 SQL*Net roundtrips to/from client
0 sorts (memory)
0 sorts (disk)
22910 rows processed -- 删除B-tree索引，创建位图索引并查看
Yumiko@sunny >create bitmap index bitmap_owner on test01(owner);
Index created. Yumiko@sunny >select INDEX_NAME,INDEX_TYPE,TABLE_NAME from user_indexes where TABLE_NAME = 'TEST01'; INDEX_NAME INDEX_TYPE TABLE_NAME
------------------------------ --------------------------- ------------------------------
BITMAP_OWNER BITMAP TEST01 -- 打开会话跟踪，以查看执行计划
Yumiko@sunny >set autotrace trace -- 当查看owner为BI时，与b-tree一样，使用索引扫描的方式进行检索。
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='BI';
8 rows selected. Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3098739824 ---------------------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time |
---------------------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 8 | 1416 | 55 (0)| 00:00:01 |
| 1 | TABLE ACCESS BY INDEX ROWID | TEST01 | 8 | 1416 | 55 (0)| 00:00:01 |
| 2 | BITMAP CONVERSION TO ROWIDS| | | | | |
|* 3 | BITMAP INDEX SINGLE VALUE | BITMAP_OWNER | | | | |
--------------------------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id):
--------------------------------------------------- 3 - access("OWNER"='BI') Note
-----
- dynamic sampling used for this statement Statistics
----------------------------------------------------------
40 recursive calls
0 db block gets
82 consistent gets
0 physical reads
0 redo size
2010 bytes sent via SQL*Net to client
469 bytes received via SQL*Net from client
2 SQL*Net roundtrips to/from client
0 sorts (memory)
0 sorts (disk)
8 rows processed --当查看owner为SYS时，此时与B树索引不同，依然选择了位图索引
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='SYS';
22910 rows selected. Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3098739824 ---------------------------------------------------------------------------------------------
| Id | Operation | Name | Rows | Bytes | Cost (%CPU)| Time |
---------------------------------------------------------------------------------------------
| 0 | SELECT STATEMENT | | 22064 | 3813K| 55 (0)| 00:00:01 |
| 1 | TABLE ACCESS BY INDEX ROWID | TEST01 | 22064 | 3813K| 55 (0)| 00:00:01 |
| 2 | BITMAP CONVERSION TO ROWIDS| | | | | |
|* 3 | BITMAP INDEX SINGLE VALUE | BITMAP_OWNER | | | | |
--------------------------------------------------------------------------------------------- Predicate Information (identified by operation id):
--------------------------------------------------- 3 - access("OWNER"='SYS') Note
-----
- dynamic sampling used for this statement Statistics
----------------------------------------------------------
7 recursive calls
0 db block gets
2130 consistent gets
0 physical reads
0 redo size
2526059 bytes sent via SQL*Net to client
17266 bytes received via SQL*Net from client
1529 SQL*Net roundtrips to/from client
0 sorts (memory)
0 sorts (disk)
22910 rows processed
从上面可以看到，对于位图索引，即使从表中读取很多行，也会使用索引。
1.4 DML操作对于位图索引的影响
对于位图索引，当一个事务更新一条记录的索引列键值，且未提交事务时，其他事务对于该索引键值涉及的数据行的该索引列值的修改，将处于等待。
--查看当前两个会话的事件，无特殊事件
Yumiko@sunny >select SID,USERNAME,PROGRAM,EVENT from v$session where username='SCOTT'; SID USERNAME PROGRAM EVENT
------- ----------------- -------------------------------------------------------------
147 SCOTT sqlplus@OA01 (TNS V1-V3) SQL*Net message from client
153 SCOTT sqlplus@OA01 (TNS V1-V3) SQL*Net message from client --查看表的前三行数据
Yumiko@sunny01 >select OWNER,OBJECT_ID,DATA_OBJECT_ID,OBJECT_TYPE from test01 where rownum < 4; OWNER OBJECT_ID DATA_OBJECT_ID OBJECT_TYPE
------------------------------ ---------- -------------- -------------------
SYS 20 2 TABLE
SYS 44 44 INDEX
SYS 28 28 TABLE --发起事务1对于位图索引列owner为SYS值的一行数据的owner字段的更新操作，但不提交事务。
Yumiko@sunny01 >update test01 set OWNER='SCOTT' where DATA_OBJECT_ID=28;
1 row updated. --发起事务2对于位图索引列owner为SYS值的另一行数据库的owner字段的更新操作，此时事务停顿。
Yumiko@sunny02 >update test01 set OWNER='BI' where DATA_OBJECT_ID=44; --查看此时会话的事件，发现有row lock等待事件
Yumiko@sunny >select SID,USERNAME,PROGRAM,EVENT from v$session where username='SCOTT'; SID USERNAME PROGRAM EVENT
--------- ------------------------------ ------------------------------------------------
147 SCOTT sqlplus@OA01 (TNS V1-V3) enq: TX - row lock contention
153 SCOTT sqlplus@OA01 (TNS V1-V3) SQL*Net message from client
通过上面的示例证明了对于位图索引列的更新，相应键值的位图向量涉及的数据行在键值更新事务提交前，会始终处于锁定状态，其他事务无法对这些数据行的该索引列进行DML操作。
因此，对于DML操作频繁度较高的OLTP数据库而言，位图索引不推荐使用。