位圖索引（Bitmap Index）——索引共用

位圖索引區(qū)別于傳統(tǒng)B*樹索引有兩個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其一是葉子節(jié)點(diǎn)上是一個(gè)可能的索引列取值對(duì)應(yīng)一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)。另一個(gè)就是葉子節(jié)點(diǎn)上通過一個(gè)位圖向量表示對(duì)應(yīng)行是否取定這個(gè)索引值。

使用位圖向量記錄對(duì)應(yīng)行的取值情況不僅可以帶來(lái)存儲(chǔ)空間上的節(jié)省，而且可以借助計(jì)算機(jī)位圖運(yùn)算的快速特性來(lái)提高索引結(jié)果利用率。下面我們通過模擬情況來(lái)進(jìn)行分析。

Bitmap Index模擬說(shuō)明

假設(shè)存在數(shù)據(jù)表T，有兩個(gè)數(shù)據(jù)列A和B，取值如下。

對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)列A、B分別建立位圖索引：idx_t_bita和idx_t_bitb。兩個(gè)索引對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)邏輯結(jié)構(gòu)如下：

Idx_t_bita索引結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的是葉子節(jié)點(diǎn)：

Idx_t_bitb索引結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的是葉子節(jié)點(diǎn)：

對(duì)查詢“select * from t where b=1 and (a=’L’ or a=’M’)”

分析：位圖索引使用方面，和B*索引有很大的不同。B*索引的使用，通常是從根節(jié)點(diǎn)開始，經(jīng)過不斷的分支節(jié)點(diǎn)比較到最近的符合條件葉子節(jié)點(diǎn)。通過葉子節(jié)點(diǎn)上的不斷Scan操作，“掃描”出結(jié)果集合rowid。

而位圖索引的工作方式截然不同。通過不同位圖取值直接的位運(yùn)算（與或），來(lái)獲取到結(jié)果集合向量（計(jì)算出的結(jié)果）。

針對(duì)實(shí)例SQL，可以拆分成如下的操作：

1、a=’L’ or a=’M’

a=L：向量：1010

a=M：向量：0001

or操作的結(jié)果，就是兩個(gè)向量的或操作：結(jié)果為1011。

2、結(jié)合b=1的向量

中間結(jié)果向量：1011

B=1：向量：1001

and操作的結(jié)果，1001。翻譯過來(lái)就是第一和第四行是查詢結(jié)果。

3、獲取到結(jié)果rowid

目前知道了起始rowid和終止rowid，以及第一行和第四行為操作結(jié)果?？梢酝ㄟ^試算的方法獲取到結(jié)果集合rowid。

上面的操作演算過程，說(shuō)明了兩個(gè)問題：

位圖索引是可以多索引共同合作操作的，不像B*樹索引只有一個(gè)會(huì)加入結(jié)果集合；

位圖索引的工作是通過位邏輯運(yùn)算，非掃描操作；

實(shí)際試驗(yàn)

下面我們通過一系列的實(shí)驗(yàn)，來(lái)進(jìn)一步觀察結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建

SQL> create table t as select owner owner1, object_type type1, owner owner2, object_type type2 from dba_objects;

Table created

SQL> desc t;

Name   Type         Nullable Default Comments

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

OWNER1 VARCHAR2(30) Y                        

TYPE1  VARCHAR2(19) Y                        

OWNER2 VARCHAR2(30) Y                        

TYPE2  VARCHAR2(19) Y                        

SQL> create index idx_t_owner1 on t(owner1);

Index created

SQL> create index idx_t_type1 on t(type1);

Index created

SQL> create bitmap index idx_t_owner2bit on t(owner2);

Index created

SQL> create bitmap index idx_t_type2bit on t(type2);

Index created

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

PL/SQL procedure successfully completed

常規(guī)索引實(shí)驗(yàn)

我們構(gòu)建的環(huán)境中，字段和類型完全相同。區(qū)別就在于使用的索引類型差異。下面我們先進(jìn)行常規(guī)索引實(shí)驗(yàn)。

//為防止影響執(zhí)行計(jì)劃，先禁用Bitmap Index

SQL> alter index idx_t_owner2bit unusable;

Index altered

SQL> alter index idx_t_type2bit unusable;

Index altered

SQL> set pagesize 1000;

SQL> set linesize 1000;

SQL> explain plan for select * from t where owner1='SCOTT' and type1='TABLE';

已解釋。

SQL> select * from table(dbms_xplan.display);

PLAN_TABLE_OUTPUT

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

Plan hash value: 2154532428

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

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

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

|   0 | SELECT STATEMENT      |       |     1 |    28 |     2   (0)| 00:00:01 |

|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T  |     1 |    28 |     2   (0)| 00:00:01 |

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN    | IDX_T_OWNER1 |  28 |    |     1   (0)| 00:00:01 |

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

Predicate Information (identified by operation id):

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

   1 - filter("TYPE1"='TABLE')

   2 - access("OWNER1"='SCOTT')

已選擇15行。

注意：owner1和type1上均有B*索引，而且均出現(xiàn)在where條件上。結(jié)果采用的Scan方式，而且只使用到了一個(gè)索引對(duì)象。

Bitmap Index索引實(shí)驗(yàn)

此次使用Bitmap Index列對(duì)應(yīng)查詢條件。

//索引處理

SQL> alter index idx_t_type2bit rebuild;

Index altered

SQL> alter index idx_t_owner2bit rebuild;

Index altered

SQL> alter index idx_t_owner1 unusable;

Index altered

SQL> alter index idx_t_type1 unusable;

Index altered

SQL> explain plan for select * from t where owner2='SCOTT' and type2='TABLE';

已解釋。

SQL> select * from table(dbms_xplan.display);

PLAN_TABLE_OUTPUT

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

Plan hash value: 244872826

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

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

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

|   0 | SELECT STATEMENT             |      |    61 |  1708 |    13   (0)| 00:00:01 |

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID | T  |    61 |  1708 |    13   (0)| 00:00:01 |

|   2 |   BITMAP CONVERSION TO ROWIDS|      |   |       |   |          |

|   3 |    BITMAP AND     |    |       |       |            |          |

|*  4 |     BITMAP INDEX SINGLE VALUE| IDX_T_TYPE2BIT  |  |       |  |  |

|*  5 |     BITMAP INDEX SINGLE VALUE| IDX_T_OWNER2BIT |       |       |  | |

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

Predicate Information (identified by operation id):

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

   4 - access("TYPE2"='TABLE')

   5 - access("OWNER2"='SCOTT')

已選擇18行。

在一個(gè)SQL中，兩個(gè)Bitmap索引均使用到。

下面實(shí)驗(yàn)一個(gè)比較復(fù)雜的條件。

SQL> explain plan for select * from t where owner2='SCOTT' and (type2='TABLE' or type2='INDEX');

已解釋。

SQL> select * from table(dbms_xplan.display);

PLAN_TABLE_OUTPUT

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

Plan hash value: 3499411373

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

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

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

|   0 | SELECT STATEMENT   |        |   122 |  3416 |    24   (5)| 00:00:01 |

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID  | T   |   122 |  3416 |    24   (5)| 00:00:01 |

|   2 |   BITMAP CONVERSION TO ROWIDS |     |       |       |            |   |

|   3 |    BITMAP AND                 |        |       |       |    |          |

|*  4 |     BITMAP INDEX SINGLE VALUE | IDX_T_OWNER2BIT |    |    |    |   |

|   5 |     BITMAP OR     |      |       |       |            |          |

|*  6 |      BITMAP INDEX SINGLE VALUE| IDX_T_TYPE2BIT  |   |   |  |          |

|*  7 |      BITMAP INDEX SINGLE VALUE| IDX_T_TYPE2BIT  |   |   |   |    |

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

Predicate Information (identified by operation id):

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

   4 - access("OWNER2"='SCOTT')

   6 - access("TYPE2"='INDEX')

   7 - access("TYPE2"='TABLE')

已選擇21行。

請(qǐng)注意Bitmap系列and和or操作，和我們?cè)陂_篇中做的模擬計(jì)算如出一轍。

Bitmap Index是一種適應(yīng)范圍比較窄，但是特效針對(duì)性很強(qiáng)的索引類型。在一些場(chǎng)合下合適使用，可以帶來(lái)出乎意料的效果。