bitmap_indexes bitmap索引的相关知识整理

Oracle优化调整几乎是Oracle学习中最多，也是最复杂的一项任务。而其中索引的使用又是经常碰到的一个调整优化的难题， 经常听到很多itpub上的同仁讨论使用bitmap index但是又不敢轻易使用它(害怕出现性能问题)。这里参考了Oracle文档，《Beginning Oracle Programming》及《Oracle High-Performance SQL tuning》等书对bitmap index内容作了一些翻译，编辑整理， 希望对大家有些帮助。 有些地方加入了自己的理解，可能有不对的地方，希望各位指正。 ### Bitmap Indexes (位图索引)在Oracle数据库中的应用 #### 1. 概念与背景 在Oracle数据库优化中，索引的管理和使用是非常关键的一环。尤其是在处理大量数据时，合理的索引设计可以极大地提高查询效率，降低系统的响应时间。然而，并不是所有的索引类型都适用于所有场景。在众多索引类型中，位图索引(Bitmap Index)是一种特殊类型的索引，主要用于低基数(low cardinality)字段，即字段中不同的值较少的情况。 例如，考虑一个员工信息表（如上文提到的表格），其中`GENDER`列只有两种取值：`F`（女性）和`M`（男性）。如果在这个列上创建传统的B树索引，则索引将非常稀疏且效率低下，因为大多数查询只会返回大约一半的记录。在Oracle中，当查询预计返回超过一定比例的行时，通常会选择全表扫描而非使用索引，以避免额外的I/O开销。这时，位图索引就显得尤为重要了。 #### 2. 位图索引的创建与工作原理 ##### 创建语法 位图索引的创建语法类似于普通索引，但需要指定`BITMAP`关键字，例如： ```sql CREATE BITMAP INDEX emp_mgr_bmp ON emp(manager); ``` 在创建过程中，Oracle会对整个表加锁，以防止在此期间进行数据修改操作。创建位图索引时，Oracle会为表中的每一行创建一个位图，其中每个位代表该行是否满足索引定义中的条件。对于上述示例中的`manager`列，假设只存在`QS`和`RW`两个值，那么位图索引将为这两个值分别创建位图。 ##### 真值表示例 对于`manager`字段，其位图索引的真值表如下： | ID | QS | RW | |----|----|----| | 70 | 0 | 1 | | 10 | 0 | 1 | | 60 | 1 | 0 | | 20 | 1 | 0 | | 40 | 0 | 1 | | 30 | 0 | 1 | | 50 | 0 | 1 | 每个值都有一个位图，其中1表示该行满足条件（例如，该行的`manager`为`QS`），0表示不满足。 #### 3. 位图索引的应用案例 假设我们需要执行如下查询，查找所有女性、所在部门编号为30且经理为`RW`的员工： ```sql SELECT * FROM emp WHERE gender='F' AND dept=30 AND manager='RW'; ``` 优化器会首先从`GENDER`位图索引中获取所有性别为`F`的员工的位图，然后从`DEPT`位图索引中获取部门编号为30的员工的位图，最后从`MANAGER`位图索引中获取所有经理为`RW`的员工的位图。接下来，对这三个位图执行AND操作，得到的结果将是同时满足三个条件的所有员工的位图。 ##### 位图操作示例 | ID | Gender | Dept | Manager | AND Result | |----|--------|------|---------|------------| | 70 | 0 | 0 | 1 | 0 | | 10 | 0 | 0 | 1 | 0 | | 60 | 1 | 0 | 0 | 0 | | 20 | 1 | 1 | 0 | 0 | | 40 | 0 | 0 | 1 | 0 | | 30 | 1 | 1 | 1 | **1** | | 50 | 0 | 0 | 1 | 0 | 从结果中可以看出，只有第6行（ID为30的员工）同时满足性别为女性、所在部门编号为30且经理为`RW`这三个条件，因此被选中。 #### 4. 位图索引的优势与局限性 位图索引的主要优势在于，对于低基数字段，它们可以非常高效地处理多条件查询，尤其是涉及到多个索引的连接操作。然而，位图索引也有其局限性，包括但不限于： - 当字段的基数较高时，位图索引可能会占用大量的空间。 - 对于频繁更新的字段，位图索引的维护成本较高，因为每次更新都需要重新计算位图。 - 位图索引不适用于高基数字段，因为在这种情况下，位图可能会变得非常稀疏，从而导致查询效率下降。 位图索引是一种强大的工具，特别是在处理低基数字段的多条件查询时。合理地利用位图索引可以显著提高数据库性能，但在设计时也需要考虑到其局限性，确保索引的设计能够满足特定场景的需求。