位图索引

位图索引（bitmap index）是从Oracle7.3版本开始引入的。目前Oracle企业版和我的版都支持位图索引，但标准版不支持。位图索引是为数据仓库/即席查询环境设计的，在此全部查询要求的数据在系统实现时根本不知道。位图索引特别不适用于OLTP系统，若是系统中的数据会由多个并发会话频繁地更新，这种系统也不适用位图索引。

位图索引是这样一种结构，其中用一个索引键条目存储指向多行的指针；这与B*树结构不一样，在B*树结构中，索引键和表中的行存在着对应关系。在位图索引中，可能只有不多的索引条目，每一个索引条目指向多行。而在传统的B*树中，一个索引条目就指向一行。

下面假设咱们要在EMP表的JOB列上建立一个位图索引，以下：

system@ORCL>create BITMAP index job_idx on emp(job);

索引已建立。

Oracle 在索引中存储的内容如表 11-6 所示。

表 11-6 Oracle 如何存储 JOB-IDX 位图索引

值/行	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ANALYST	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	1	0
CLERK	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	1
MANAGER	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0
PRESIDENT	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
SALESMAN	0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0

表11-6显示了第八、10和13行的值为ANALYST，而第四、6和7行的值为MANAGER。在此还显示了全部行都不为null（位图索引能够存储null条目；若是索引中没有null条目，这说明表中没有null行）。若是咱们想统计值为MANAGER的行数，位图索引就能很快地完成这个任务。若是咱们想找出JOB为CLERK或MANAGER的全部行，只需根据索引合并它们的位图，如表11-7所示。

表 11-7 位 OR 的表示

值/行	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
CLERK	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	1
MANAGER	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0
CLERK或MANAGER	1	0	0	1	0	1	1	0	0	0	1	1	0	1

表11-7清楚地显示出，第一、四、六、七、十一、十二、14行知足咱们的要求。Oracle以下为每一个键值存储位图，使得每一个位置表示底层表中的一个rowid，之后若是确实须要访问行时，能够利用这个rowid进行处理。对于如下查询：

system@ORCL>select count(*) from emp where job = 'CLERK' or job = 'MANAGER';

  COUNT(*)
----------
         7

用位图索引就能直接得出答案。另外一方面，对于如下查询：

system@ORCL>select * from emp where job = 'CLERK' or job = 'MANAGER';

     EMPNO ENAME      JOB              MGR HIREDATE              SAL       COMM
    DEPTNO
---------- ---------- --------- ---------- -------------- ---------- ----------
----------
      7369 SMITH      CLERK           7902 17-12月-80          32387
        20
      7566 JONES      MANAGER         7839 02-4月 -81          34562
        20
      7698 BLAKE      MANAGER         7839 01-5月 -81          34437
        30
      7782 CLARK      MANAGER         7839 09-6月 -81          34037
        10
      7876 ADAMS      CLERK           7788 23-5月 -87       34321.35
        20
      7900 JAMES      CLERK           7698 03-12月-81          32537
        30
      7934 MILLER     CLERK           7782 23-1月 -82          32887
        10

已选择7行。

则须要访问表。在此Oracle会应用一个函数把位图中的第i位转换为一个rowid，从而可用于访问表。

3.1什么状况下应该使用位图索引？

位图索引对于相异基数（distinct cardinality）低的数据最为合适（也就是说，与职工数据集的基数相比，这个数据只有不多几个不一样的值）。对此作出量化是不太可能的——换句话说，很难定义低相异基数究竟是多大。在一个有几千条记录的数据集中，2就是一个低相异基数，可是在一个只有两行的表中，2就不能算是低相异基数了。而在一个有上千万或上亿条记录的表中，甚至100,000都能做为一个低相异基数。因此，多大才算是低相异基数，这要相对于结果集的大小来讲。这是指，行集中不一样项的个数除以行数应该是一个很小的数（接近于0）。例如，GENDER列可能取值为M、F和NULL。若是一个表中有20,000条员工记录，那么3/20000=0.00015。相似地，若是有100,000个不一样的值，与11.,000,000条结果相比，比值为0.01，一样这也很小（可算是低相异基数）。这些列就能够创建位图索引。它们可能不适合创建B*树索引，由于每一个值可能会获取表中的大量数据（占很大百分比）。如前所述，B*树索引通常来说应当是选择性的。与之相反，位图索引不该是选择性的，通常来说它们应该“没有选择性“。

若是有大量即席查询，特别是查询以一种即席方式引用了多列或者会生成诸如COUNT之类的聚合，在这样的环境中，位图索引就特别有用。例如，假设你有一个很大的表，其中有3列：GENDER、LOCATION和AGE_GROUP。在这个表中，GENDER只有两个可取值：M或F，LOCATION可取值为11.50，AGE_GROUP是一个代码，分别表示11. and under（11.及如下）、11.-2五、26-30、31-40和41 and over（41及以上）。

在一个数据仓库或支持多个即席SQL查询的大型报告系统中，能同时合理地使用尽量多的索引确实很是有用。
位图索引在读密集的环境中能很好地工做，可是对于写密集的环境则极不适用。缘由在于，一个位图索引键条目指向多行。若是一个会话修改了所索引的数据，那么在大多数状况下，这个索引条目指向的全部行都会被锁定。Oracle无 法锁定一个位图索引条目中的单独一位；而是会锁定这个位图索引条目。假若其余修改也须要更新一样的这个位图索引条目，就会被“关在门外“。这样将大大影响 并发性，由于每一个更新都有可能锁定数百行，不容许并发地更新它们的位图列。在此不是像你所想的那样锁定每一行，而是会锁定不少行。

 

位图联结索引 （bitmap join index）

它容许使用另外某个表的列对一个给定表创建索引。实际上，这就容许对一个索引结构（而不是表自己）中的数据进行逆规范化。

考虑简单的EMP表和DEPT表。EMP有指向DEPT的一个外键（DEPTNO列）。DEPT表有一个DNAME属性（部门名）。

运行的查询以下所示：

system@ORCL>select count(*)
  2  from emp, dept
  3  where emp.deptno = dept.deptno
  4  and dept.dname = 'SALES'
  5  /

  COUNT(*)
----------
         6

system@ORCL>select emp.*
  2  from emp, dept
  3  where emp.deptno = dept.deptno
  4  and dept.dname = 'SALES'
  5  /

     EMPNO ENAME      JOB              MGR HIREDATE              SAL       COMM
    DEPTNO
---------- ---------- --------- ---------- -------------- ---------- ----------
----------
      7499 ALLEN      SALESMAN        7698 20-2月 -81          33187        300
        30
      7521 WARD       SALESMAN        7698 22-2月 -81          32837        500
        30
      7654 MARTIN     SALESMAN        7698 28-9月 -81          32837       1400
        30
      7698 BLAKE      MANAGER         7839 01-5月 -81          34437
        30
      7844 TURNER     SALESMAN        7698 08-9月 -81          33087          0
        30
      7900 JAMES      CLERK           7698 03-12月-81          32537
        30

已选择6行。

利用位图联结索引，咱们能对DEPT.DNAME列创建索引，但这个索引不是指向DEPT表，而是指向EMP表。这是一个全新的概念：能从其余表对某个表的属性创建索引。

如下建立的索引：

system@ORCL>create bitmap index emp_bm_idx
  2  on emp( d.dname )
  3  from emp e, dept d
  4  where e.deptno = d.deptno
  5  /

索引已建立。

它会在表上建立索引INDEX_NAME。在此引用了DEPT表中的一列：D.DNAME。这里有一个FROM子句，使这个CREATE INDEX语句有些像查询。另外，多个表之间有一个联结条件。这个CREATE INDEX语句对DEPT.DNAME列创建了索引，但这在EMP表的上下文中。数据库根本不会访问DEPT，并且也不须要访问DEPT，由于DNAME列如今是在指向EMP表中的行的索引中。为了便于说明，咱们把EMP表和DEPT表制做得看上去很”大“（以免CBO认为它们很小，以致于选择执行全面扫描，而不是使用索引）：

system@ORCL>begin
  2  dbms_stats.set_table_stats( user, 'EMP',
  3  numrows => 1000000, numblks => 300000 );
  4  dbms_stats.set_table_stats( user, 'DEPT',
  5  numrows => 100000, numblks => 30000 );
  6  end;
  7  /

PL/SQL 过程已成功完成。

而后再执行查询：

system@ORCL>set autotrace traceonly explain
system@ORCL>select count(*)
  2  from emp, dept
  3  where emp.deptno = dept.deptno
  4  and dept.dname = 'SALES'
  5  /

执行计划
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 2538954156

--------------------------------------------------------------------------------
----------
| Id  | Operation                   | Name       | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)|
Time     |
--------------------------------------------------------------------------------
----------
|   0 | SELECT STATEMENT            |            |     1 |     3 |     1   (0)|
00:00:01 |
|   1 |  SORT AGGREGATE             |            |     1 |     3 |            |
         |
|   2 |   BITMAP CONVERSION COUNT   |            |   333K|   976K|     1   (0)|
00:00:01 |
|*  3 |    BITMAP INDEX SINGLE VALUE| EMP_BM_IDX |       |       |            |
         |
--------------------------------------------------------------------------------
----------

Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------

   3 - access("EMP"."SYS_NC00009$"='SALES')

system@ORCL>select emp.*
  2  from emp, dept
  3  where emp.deptno = dept.deptno
  4  and dept.dname = 'SALES'
  5  /

执行计划
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 615168685

---------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation          | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
---------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT   |      |  6249M|   296G|   133K (34)| 00:26:43 |
|*  1 |  HASH JOIN         |      |  6249M|   296G|   133K (34)| 00:26:43 |
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL| DEPT | 25000 |   317K|  8143   (1)| 00:01:38 |
|   3 |   TABLE ACCESS FULL| EMP  |  1000K|    36M| 81422   (1)| 00:16:18 |
---------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------

   1 - access("EMP"."DEPTNO"="DEPT"."DEPTNO")
   2 - filter("DEPT"."DNAME"='SALES')

位图联结索引确实有一个先决条件。联结条件必须联结到另外一个表中的主键或唯一键。