唯一性索引（Unique Index）與普通索引（Normal Index）差異（上）

索引是我們經(jīng)常使用的一種數(shù)據(jù)庫搜索優(yōu)化手段。適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)操作場景使用適當(dāng)?shù)乃饕桨缚梢燥@著的提升系統(tǒng)整體性能和用戶體驗。在Oracle中，索引有包括很多類型。不同類型的索引適應(yīng)不同的系統(tǒng)環(huán)境和訪問場景。其中，唯一性索引Unique Index是我們經(jīng)常使用到的一種。

唯一性索引unique index和一般索引normal index最大的差異就是在索引列上增加了一層唯一約束。添加唯一性索引的數(shù)據(jù)列可以為空，但是只要存在數(shù)據(jù)值，就必須是唯一的。

那么，在使用唯一性索引時，同一般索引有什么差異呢？下面通過一系列的演示實驗來說明。

1、實驗環(huán)境準(zhǔn)備

為了體現(xiàn)出一致性和可能的差異性，選擇相同的數(shù)據(jù)值列加入不同類型的索引結(jié)構(gòu)。

SQL> select * from v$version where rownum<2;

BANNER

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Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.1.0 - Production

SQL> create table t as select * from dba_objects;

Table created

//保證data_object_id和object_id取值相同；

SQL> update t set data_object_id=object_id;

72581 rows updated

SQL> commit;

Commit complete

//普通索引

SQL> create index idx_t_normalid on t(object_id);

Index created

//唯一性索引

SQL> create unique index idx_t_uniid on t(data_object_id);

Index created

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);

PL/SQL procedure successfully completed

2、體積容量比較

在環(huán)境準(zhǔn)備中，我們將索引列取值設(shè)置為完全相同，盡量避免由于外在原因引起的差異。下面我們檢查數(shù)據(jù)字典中的容量比較信息。

首先是查看索引段index segment信息。

SQL> select segment_name, segment_type, bytes, blocks, extents from dba_segments where segment_name in ('IDX_T_NORMALID','IDX_T_UNIID');

SEGMENT_NAME         SEGMENT_TYPE         BYTES     BLOCKS  EXTENTS

-------------------- ------------------ ---------- ---------- ----------

IDX_T_NORMALID       INDEX                  983040        120         15

IDX_T_UNIID            INDEX                  917504        112         14

一般索引normal index較唯一性索引空間消耗略大。索引idx_t_normalid占據(jù)15個分區(qū)，120個block。略大于idx_t_uniid的14個分區(qū)塊。

這個地方需要注意一下，在數(shù)據(jù)字典中一個segment的分區(qū)占據(jù)，是Oracle系統(tǒng)分配給的空間，并不意味著全部使用殆盡?？赡軆蓚€索引結(jié)構(gòu)差異很小，但是額外多分配出一個extent。

索引葉子結(jié)構(gòu)上，檢查數(shù)據(jù)字典內(nèi)容。

SQL> select index_name, index_type, UNIQUENESS, BLEVEL, LEAF_BLOCKS, DISTINCT_KEYS from dba_indexes where index_name in ('IDX_T_NORMALID','IDX_T_UNIID');

INDEX_NAME           INDEX_TYPE      UNIQUENESS     BLEVEL LEAF_BLOCKS DISTINCT_KEYS

-------------------- --------------- ---------- ---------- ----------- -------------

IDX_T_UNIID          NORMAL          UNIQUE              1         106         51330

IDX_T_NORMALID       NORMAL          NONUNIQUE           1         113         51330

兩者的差異不大，normal index空間消耗要略大于unique index。

結(jié)論：從數(shù)據(jù)字典反映出的情況可以知道，同一般索引相比，唯一性索引的空間消耗略小一些。由于我們采用的實驗數(shù)據(jù)都是相同的，這一點點的差距可能就意味著兩種索引類型在存儲結(jié)構(gòu)上存在略微的差異。

3、違反約束實驗

作為唯一性索引，在添加創(chuàng)建和進(jìn)行dml操作的時候，都會嚴(yán)格發(fā)揮出約束的作用。

SQL> insert into t select * from t where rownum<2;

insert into t select * from t where rownum<2

ORA-00001: 違反唯一約束條件 (SYS.IDX_T_UNIID)

4、等號檢索實驗

當(dāng)我們進(jìn)行等號查詢的時候，Oracle對兩種索引生成的執(zhí)行計劃有何種差異？注意：下面的select檢索之前，都使用flush語句對shared_pool和buffer_cache進(jìn)行清理。

--精確查詢

SQL> select * from t where object_id=1000;

執(zhí)行計劃

----------------------------------------------------------

Plan hash value: 776407697

----------------------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name           | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

----------------------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |                |     1 |   101 |     2   (0)| 00:00:01 |

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T              |     1 |   101 |     2   (0)| 00:00:01 |

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IDX_T_NORMALID |     1 |       |     1   (0)| 00:00:01 |

----------------------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

   2 - access("OBJECT_ID"=1000)

統(tǒng)計信息

----------------------------------------------------------

        528  recursive calls

          0  db block gets

         87  consistent gets

         11  physical reads

          0  redo size

       1200  bytes sent via SQL*Net to client

        376  bytes received via SQL*Net from client

          2  SQL*Net roundtrips to/from client

          4  sorts (memory)

          0  sorts (disk)

          1  rows processed

SQL> select * from t where data_object_id=1000;

執(zhí)行計劃

----------------------------------------------------------

Plan hash value: 335537167

-------------------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name        | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

-------------------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |             |     1 |   101 |     2   (0)| 00:00:01 |

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T           |     1 |   101 |     2   (0)| 00:00:01 |

|*  2 |   INDEX UNIQUE SCAN         | IDX_T_UNIID |     1 |       |     1   (0)| 00:00:01 |

-------------------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

   2 - access("DATA_OBJECT_ID"=1000)

統(tǒng)計信息

----------------------------------------------------------

        528  recursive calls

          0  db block gets

         86  consistent gets

         10  physical reads

          0  redo size

       1200  bytes sent via SQL*Net to client

        376  bytes received via SQL*Net from client

          2  SQL*Net roundtrips to/from client

          4  sorts (memory)

          0  sorts (disk)

          1  rows processed

這里，我們看到了Unique Index的一個特性，就是等號操作時執(zhí)行計劃的差異。對Unique Index而言，進(jìn)行相等查詢的結(jié)果只有一行值或者沒有，所以沒必要進(jìn)行傳統(tǒng)的Index Range Scan操作。此處，執(zhí)行計劃中使用的是Index Unique Scan操作，直接精確定位到指定的記錄項目，返回rowid記錄。

而一般索引在進(jìn)行等號檢索的時候，通常使用的就是Index Range Scan操作。沿著索引樹葉子節(jié)點進(jìn)行水平掃描操作，直到獲取索引符合條件索引列值的rowid列表。

從成本上看，兩者雖然執(zhí)行計劃操作方式有一定差別，但是成本實際差異不大。CPU成本和執(zhí)行時間上相同。各種塊讀操作（邏輯讀和物理讀）存在一些差異，筆者認(rèn)為源于兩個索引結(jié)構(gòu)的微量區(qū)別，這樣讀取的塊數(shù)一定有些差異。

5、范圍搜索實驗

當(dāng)我們進(jìn)行索引列的范圍搜索時，執(zhí)行計劃和成本有何種差異呢？

--范圍匹配

SQL> select * from t where object_id>=1000 and object_id<=1500;

已選擇490行。

執(zhí)行計劃

----------------------------------------------------------

Plan hash value: 776407697

----------------------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name           | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

----------------------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |                |   485 | 48985 |    14   (0)| 00:00:01 |

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T              |   485 | 48985 |    14   (0)| 00:00:01 |

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IDX_T_NORMALID |   485 |       |     3   (0)| 00:00:01 |

----------------------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

   2 - access("OBJECT_ID">=1000 AND "OBJECT_ID"<=1500)

統(tǒng)計信息

----------------------------------------------------------

        528  recursive calls

          0  db block gets

        158  consistent gets

         17  physical reads

          0  redo size

      23775  bytes sent via SQL*Net to client

        728  bytes received via SQL*Net from client

         34  SQL*Net roundtrips to/from client

          4  sorts (memory)

          0  sorts (disk)

        490  rows processed

SQL> select * from t where data_object_id>=1000 and data_object_id<=1500;

已選擇490行。

執(zhí)行計劃

----------------------------------------------------------

Plan hash value: 2700411221

-------------------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name        | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

-------------------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |             |   485 | 48985 |    14   (0)| 00:00:01 |

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T           |   485 | 48985 |    14   (0)| 00:00:01 |

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IDX_T_UNIID |   485 |       |     3   (0)| 00:00:01 |

-------------------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

   2 - access("DATA_OBJECT_ID">=1000 AND "DATA_OBJECT_ID"<=1500)

統(tǒng)計信息

----------------------------------------------------------

        528  recursive calls

          0  db block gets

        157  consistent gets

         16  physical reads

          0  redo size

      23775  bytes sent via SQL*Net to client

        728  bytes received via SQL*Net from client

         34  SQL*Net roundtrips to/from client

          4  sorts (memory)

          0  sorts (disk)

        490  rows processed

從實驗結(jié)果看，兩者在進(jìn)行范圍搜索時，執(zhí)行計劃沒有差異。兩者都是進(jìn)行Index Range Scan操作。各類型成本基本相同。

6、結(jié)論

本篇主要從應(yīng)用角度，分析Unique Index與一般normal Index的差異。從結(jié)果看，Unique Index就是額外添加的唯一性約束。該約束嚴(yán)格的保證索引列的取值唯一性，這在一些數(shù)據(jù)列上的業(yè)務(wù)約束實現(xiàn)是很重要的功能。比如一個數(shù)據(jù)列，不能作為主鍵，而且允許為空，但是業(yè)務(wù)上要求唯一特性。這時候使用唯一性索引就是最好的選擇。

從執(zhí)行計劃where條件中的表現(xiàn)看，Unique Index和一般normal Index沒有顯著性的差異。

兩者數(shù)據(jù)基礎(chǔ)值一樣的情況下，生成索引的體積存在略微的差異，說明在存儲結(jié)構(gòu)上兩者可能有不同。下面我們來分析一下兩類型索引的結(jié)構(gòu)信息。