数据库使用-oracle位图索引

浏览数：26 / 时间：2015年06月12日

我们目前大量使用的索引一般主要是B*Tree索引，在索引结构中存储着键值和键值的RowID,并且是一一对应的。而位图索引主要针对大量相同值的列而创建(例如：类别，操作员，部门ID,库房ID等),索引块的一个索引行中存储键值和起止Rowid,以及这些键值的位置编码,位置编码中的每一位表示键值对应的数据行的有无.一个块可能指向的是几十甚至成百上千行数据的位置。这种方式存储数据,相对于B*Tree索引,占用的空间非常小,创建和使用非常快。

位图索引的目标是为用户提供指向包含特定键值（key value）的数据行的指针。在常规的索引中，Oracle 将各行的键值及与此键值对应的一组 ROWID 存储在一起，从而实现了上述目标。而在位图索引（bitmap index）中，只需存储每个键值的位图（bitmap），而非一组 ROWID。

位图（bitmap）中的每一位（bit）对应一个可能的 ROWID。如果某一位被置位（set），则表明着与此位对应的 ROWID 所指向的行中包含此位所代表的键值（key value）。Oracle 通过一个映射函数（mapping function）将位信息转化为实际的 ROWID，因此虽然位图索引（bitmap index）内部的存储结构与常规索引不同，但她同样能实现常规索引的功能。当不同值的索引键的数量较少时，位图索引的存储效率相当高。

如果在 WHERE 子句内引用的多个列上都建有位图索引（bitmap index），那么进行位图索引扫描时（bitmap indexing）可以将各个位图索引融合在一起。不满足全部条件的行可以被预先过滤掉。因此使用位图索引能够极大地提高查询的响应时间。

数据仓库应用中位图索引的优势

数据仓库应用（data warehousingapplication）的特点是数据量巨大，执行的多为自定义查询（ad hoc query），且并发事务较少。这种环境下使用位图索引（bitmap index）具备如下优势：

· 能够减少大数据量自定义查询的响应时间

· 与其他索引技术相比能够节省大量存储空间

· 即使硬件配置较低也能显著提高性能

· 有利于并行 DML 和并行加载

为一个大表建立传统的平衡树索引（B-tree index）可能占用极大的存储空间，索引有可能比数据表还要大数倍。而一个位图索引（bitmap index）所占的空间比被索引数据还要小得多。

位图索引（bitmap index）不适用于 OLTP 系统，因为这样的系统中存在大量对数据进行修改的并发事务。位图索引主要用于数据仓库系统中（data warehousing）的决策支持功能，在这种环境下用户对数据的操作主要是查询而非修改。

主要进行大于（greater than）或小于（less than）比较的列，不适宜使用位图索引（bitmap index）。例如，WHERE 子句中常会将 salary 列和一个值进行比较，此时更适合使用平衡树索引（B-tree index）。位图索引适用于等值查询，尤其是存在 AND，OR，和 NOT 等逻辑操作符的组合时。

位图索引（bitmap index）是集成在 Oracle 的优化器（optimizer）和执行引擎（execution engine）之中的。位图索引也能够和 Oracle 中的其他执行方法（execution method）无缝地组合。例如，优化器可以在利用一个表的位图索引和另一个表的平衡树索引（B-tree index）对这两张表进行哈希连接（hash join）。优化器能够在位图索引及其他可用的访问方法（例如常规的平衡树索引，或全表扫描（full table scan））中选择效率最高的方式，同时考虑是否适合使用并行执行。

位图索引（bitmap index）如同常规索引一样，可以结合并行查询（parallel query）和并行 DML（parallel DML）一起工作。建立于分区表（partitioned table）的位图索引必须为本地索引（local index）。Oracle 还支持并行地创建位图索引，以及创建复合位图索引。

基数

在基数（cardinality）小的列上建立位图索引（bitmap index）效果最好。所谓某列的基数小（low cardinality）是指此列中所有不相同的值的个数要小于总行数。如果某列中所有不相同的值的个数占总行数的比例小于 1%，或某列中值的重复数量在 100 个以上，那么就可以考虑在此列上建立位图索引。即便某列的基数较上述标准稍大，或值的重复数量较上述标准稍小，如果在一个查询的 WHERE 子句中需要引用此列定义复杂的条件，也可以考虑在此列上建立位图索引。

例如，一个表包含一百万行数据，其中的一列包含一万个不相同的值，就可以考虑在此列上创建位图索引（bitmap index）。此列上位图索引的查询性能将超过平衡树索引（B-tree index），当此列与其他列作为组合条件时效果尤为明显。

平衡树索引（B-tree index）适用于高基数的数据，即数据的可能值很多，例如CUSTOMER_NAME 或 PHONE_NUMBER 列。在有些情况下，平衡树索引所需的存储空间可能比被索引数据还要大。如果使用得当，位图索引将远远小于同等情况下的平衡树索引。

对于自定义查询（ad hoc query）或相似的应用，使用位图索引（bitmap index）能够显著地提高查询性能。查询的 WHERE 子句中的 AND 和 OR 条件直接对位图（bitmap）进行布尔运算（Boolean operation）得到一个位图结果集（resulting bitmap），而无需将所有的位图转换为 ROWID。如果布尔操作后的结果集较小，那么查询就能够迅速得到结果，而无需进行全表扫描（full table scan）。

位图索引和空值

与其他大多数索引不同，位图索引（bitmap index）可以包含键值（key value）为 NULL 的行。将键值为空的行进行索引对有些 SQL 语句是有用处的，例如包含 COUNT 聚合函数的查询。

分区表上的位图索引

用户可以在分区表（partitioned table）上创建位图索引（bitmap index）。唯一的限制是位图索引对分区表来说必须是本地的（local），而不能是全局索引（global index）。只有非分区表才能使用全局位图索引。

位图连接索引

除了建立在单个表之上的位图索引（bitmap index），用户还可以创建位图连接索引（bitmap join index），此种索引是为了连接（join）两个或多个数据表而建的。位图连接索引（bitmap join index）可以预先将有连接关系的数据进行保存，且所需的存储空间较小。对于一个表的某列的每个值，位图连接索引为其保存其他表中与此值有连接关系的数据行的 rowid。在数据仓库环境中，连接关系通常是维表（dimension table）中的主键（primary key）与事实表（fact table）中的外键（foreign key）进行等值内连接（equi-inner join）。