SQL Server 深入解析索引存儲(非聚集索引)

 標簽：SQL SERVER/MSSQL SERVER/數據庫/DBA/索引體系結構/非聚集索引

概述  

非聚集索引與聚集索引具有相同的 B 樹結構，它們之間的顯著差別在於以下兩點：

• 基礎表的數據行不按非聚集鍵的順序排序和存儲。
  
  
• 非聚集索引的葉層是由索引頁而不是由數據頁組成。

既可以使用聚集索引來為表或視圖定義非聚集索引，也可以根據堆來定義非聚集索引。非聚集索引中的每個索引行都包含非聚集鍵值和行定位符。此定位符指向聚集索引或堆中包含該鍵值的數據行。

非聚集索引行中的行定位器或是指向行的指針，或是行的聚集索引鍵，如下所述：

• 如果表是堆（意味着該表沒有聚集索引），則行定位器是指向行的指針。該指針由文件標識符 (ID)、頁碼和頁上的行數生成。整個指針稱為行 ID (RID)。
  
  
• 如果表有聚集索引或索引視圖上有聚集索引，則行定位器是行的聚集索引鍵。如果聚集索引不是唯一的索引，SQL Server 將添加在內部生成的值（稱為唯一值）以使所有重復鍵唯一。此四字節的值對於用戶不可見。僅當需要使聚集鍵唯一以用於非聚集索引中時，才添加該值。SQL Server 通過使用存儲在非聚集索引的葉行內的聚集索引鍵搜索聚集索引來檢索數據行。

對於索引使用的每個分區，非聚集索引在 index_id >0 的 sys.partitions 中都有對應的一行。默認情況下，一個非聚集索引有單個分區。如果一個非聚集索引有多個分區，則每個分區都有一個包含該特定分區的索引行的 B 樹結構。例如，如果一個非聚集索引有四個分區，那么就有四個 B 樹結構，每個分區中一個。

根據非聚集索引中數據類型的不同，每個非聚集索引結構會有一個或多個分配單元，在其中存儲和管理特定分區的數據。每個非聚集索引至少有一個針對每個分區的 IN_ROW_DATA 分配單元（存儲索引 B 樹頁）。如果非聚集索引包含大型對象 (LOB) 列，則還有一個針對每個分區的 LOB_DATA 分配單元。此外，如果非聚集索引包含的可變長度列超過 8,060 字節行大小限制，則還有一個針對每個分區的 ROW_OVERFLOW_DATA 分配單元。有關分配單元的詳細信息，請參閱表組織和索引組織。B 樹的頁集合由 sys.system_internals_allocation_units 系統視圖中的 root_page 指針定位。

 要很好的理解這篇文章的內容之前需要先閱讀我前面寫的上中部分的兩篇文章：

SQL Server 深入解析索引存儲(堆)

SQL Server 深入解析索引存儲(聚集索引)

正文

非聚集索引結構

 

生成測試數據

 

CREATE TABLE Torder
(ID INT IDENTITY(1,1) NOT NULL,
NAME CHAR(100) NOT NULL,
pro VARCHAR(8000) NULL,
Statu INT NOT NULL,
IDATE DATETIME DEFAULT(GETDATE())
)
GO
---插入1000條測試數據
DECLARE @ID INT=1
WHILE(@ID<=1000)
BEGIN
INSERT INTO Torder(NAME,pro,Statu)VALUES('商品'+CONVERT(CHAR(20),@ID),REPLICATE(1,8000),LEFT(@ID,1))
SET @ID=@ID+1 
END
GO
---創建非聚集索引
CREATE INDEX IX_Torder ON Torder
(NAME,Statu
)
INCLUDE(IDATE)


SELECT DISTINCT so.name, so.object_id,sp.index_id,internals.type_desc,internals.total_pages, internals.used_pages, internals.data_pages,first_iam_page,  first_page, root_page
FROM sys.objects so
INNER JOIN sys.partitions sp ON so.object_id = sp.object_id
INNER JOIN sys.allocation_units sa ON sa.container_id = sp.hobt_id
INNER JOIN sys.system_internals_allocation_units internals ON internals.container_id = sa.container_id
WHERE so.object_id = object_id('Torder') 

 

由於創建的表只有非聚集索引，所以整個表的頁存儲中有三部分數據：堆頁面、溢出頁面、索引頁面；

堆中共有20個數據頁和一個IAM頁；

溢出單元有1001個頁面包括一個IAM頁；

索引中共有20個頁其中18個數據頁一個ROOT頁和一個IAM頁.

一個堆頁對應多個溢出頁，因為Pro有8000個字節所以一行占一頁，而表的其它字段只有116個字節一個堆頁可以存50條記錄，所以並不是一個溢出頁就唯一對應一個堆頁

 分析頁的存儲信息

---開啟跟蹤標志
DBCC TRACEON(3604,2588)
--DBCC TRACEOFF(3604,2588)
---獲取對象的數據頁，結構：數據庫、對象、顯示
DBCC IND(Ixdata,Torder,-1)

上一章中已經講過了堆頁面和溢出頁面，所以現在就講非聚集索引頁

 看過前面的文章應該一眼就能看出1281頁是ROOT頁，現在就分析1281頁

分析非聚集索引根頁

DBCC page(Ixdata,1,1281,3)

現在來分析行定位指針是怎樣的：0x6801000001002F00

除去開頭的16進制標示，剩下總共8個字節，從右往左其中行號2個字節，文件標示ID2個字節，剩下的4個字節就是頁號了，所以

行號（002f）=47

文件頁（0001）=1

頁號（00000168）=360頁

現在查看360頁的信息

DBCC page(Ixdata,1,360,3)

47行的記錄正好是“商品150”

 分析非聚集索引索引頁

 

通過對比會發現索引頁比根頁多出了索引包含列值和鍵的哈希值,這個里面的keyhashvalue應該是NAME和statu字段的值通過某種方法算出來的，這里只是猜測通過平時的查詢你會產生這樣的猜測。

測試簡單的查詢

這里的'商品150'和'商品153'都是1280頁中的記錄，1280頁是索引頁，其中'商品150'是該頁的第一條記錄

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
BEGIN TRAN  
SELECT [ID]
      ,[NAME]
      ,[pro]
      ,[Statu]
      ,[IDATE]
  FROM [Ixdata].[dbo].[Torder]
  WHERE NAME='商品153'

--COMMIT 

另開一個窗口
SELECT
[request_session_id],
c.[program_name],
DB_NAME(c.[dbid]) AS dbname,
[resource_type],
[request_status],
[request_mode],
[resource_description],OBJECT_NAME(p.[object_id]) AS objectname,
p.[index_id]
FROM sys.[dm_tran_locks] AS a LEFT JOIN sys.[partitions] AS p
ON a.[resource_associated_entity_id]=p.[hobt_id]
LEFT JOIN sys.[sysprocesses] AS c ON a.[request_session_id]=c.[spid]
 WHERE c.[dbid]=DB_ID('Ixdata') AND a.[request_session_id]=58  ----要查詢申請鎖的數據庫
ORDER BY [request_session_id],[resource_type]

 

 

從上面的查詢過程可以知道頁面總共讀取了三次(索引葉一次堆頁一次溢出頁一次)。

 

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
GO        
BEGIN TRAN  
 SELECT 
       [ID]
      ,[NAME]
      ,[pro]
      ,[Statu]
      ,[IDATE]
  FROM [Ixdata].[dbo].[Torder]
  WHERE NAME='商品150'                                                                                     
  

 

 

通過對比查詢'商品150'和'商品153'可以看到如果查找的頁面的第一條記錄，它需要再讀取該索引頁的前一個頁面，如果該索引頁是第一頁就無需再讀除本身的其他索引頁了，文章寫到后面反過來思考才知道為什么非聚集索引還需要多查找一個頁面了。因為非聚集索引是允許存在重復值所以才需要再往前查找，如果前面一個頁查找不到則結束，如果前面一個頁還沒查完會再往前一個頁進行查，當然查詢商品153的時候就已經判斷了前一條記錄的鍵值是不一樣的否則也是要再查詢前一個頁，這也是非聚集索引的一個特殊情況吧！

索引掃描

update Torder
set statu=100
where id=1

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
GO        
BEGIN TRAN  
 SELECT 
       [ID]
      ,[NAME]
      ,[pro]
      ,[Statu]
      ,[IDATE]
  FROM [Ixdata].[dbo].[Torder]
  WHERE [Statu]=100      

該查詢總共掃描了18個索引頁+1個堆頁+1個溢出頁.

創建聚集索引

 

ALTER TABLE dbo.Torder ADD CONSTRAINT
    PK_Torder PRIMARY KEY CLUSTERED 
    (
    ID
    ) WITH( STATISTICS_NORECOMPUTE = OFF, IGNORE_DUP_KEY = OFF, ALLOW_ROW_LOCKS = ON, ALLOW_PAGE_LOCKS = ON) ON [PRIMARY]


SELECT DISTINCT so.name, so.object_id,sp.index_id,internals.type_desc,internals.total_pages, internals.used_pages, internals.data_pages,first_iam_page,  first_page, root_page
FROM sys.objects so
INNER JOIN sys.partitions sp ON so.object_id = sp.object_id
INNER JOIN sys.allocation_units sa ON sa.container_id = sp.hobt_id
INNER JOIN sys.system_internals_allocation_units internals ON internals.container_id = sa.container_id
WHERE so.object_id = object_id('Torder') 

非聚集索引數據頁比之前少了一頁

由於現在的指針比之前的16進制指針要所占有的字節要少，所以只需要17個頁面就可以存下。

分析索引頁148

 

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
BEGIN TRAN  
SELECT [ID]
      ,[NAME]
      ,[pro]
      ,[Statu]
      ,[IDATE]
  FROM [Ixdata].[dbo].[Torder]
  WHERE NAME='商品152'


在另一個窗口打開
SELECT
[request_session_id],
c.[program_name],
DB_NAME(c.[dbid]) AS dbname,
[resource_type],
[request_status],
[request_mode],
[resource_description],OBJECT_NAME(p.[object_id]) AS objectname,
p.[index_id]
FROM sys.[dm_tran_locks] AS a LEFT JOIN sys.[partitions] AS p
ON a.[resource_associated_entity_id]=p.[hobt_id]
LEFT JOIN sys.[sysprocesses] AS c ON a.[request_session_id]=c.[spid]
 WHERE c.[dbid]=DB_ID('Ixdata') AND a.[request_session_id]=58  ----要查詢申請鎖的數據庫
ORDER BY [request_session_id],[resource_type]

從上面的邏輯讀取和查詢步驟可以證實前面的猜測，應該是隱藏了一張行定位表。

如果表有聚集索引或索引視圖上有聚集索引，則行定位器是行的聚集索引鍵。如果聚集索引不是唯一的索引，SQL Server 將添加在內部生成的值（稱為唯一值）以使所有重復鍵唯一。此四字節的值對於用戶不可見。僅當需要使聚集鍵唯一以用於非聚集索引中時，才添加該值。SQL Server 通過使用存儲在非聚集索引的葉行內的聚集索引鍵搜索聚集索引來檢索數據行。

查看索引統計信息

DBCC SHOW_STATISTICS ("dbo.Torder", IX_Torder);

 

前面建的包含索引有這三種組合方式，所以組合索引的第二個字段不被用來單獨做查找。

總結

  非聚集索引和聚集索引不一樣，聚集索引索引頁的鍵值指向數據頁的具體行；而非聚集索引不存在數據頁，非聚集索引的索引頁中的記錄行指向聚集索引或者堆的具體數據頁的數據行然后來獲取記錄，如果堆或聚集索引還存在溢出的話，從堆或者聚集索引的數據記錄還有指向溢出頁面的指針。

補充一下在非聚集索引中存在聚集索引與堆的優點，看完上文你會發現非聚集索引的數據頁記錄的行定位指針分別指向聚集索引或堆的行，但是指向聚集索引的行定位是邏輯值而指向堆的是實際的rid值，邏輯值的好處就是在聚集索引發生分頁的情況下，邏輯值不用改變也就無需更新非聚集索引的指針。

花了四天時間終於把這個系列的寫完了，重新去理解一遍把以前的一些不理解的知識點給弄明白了，還是收獲很多。

 

如果文章對大家有幫助，希望大家能給個推薦，謝謝！！！

 

備注：

    作者：pursuer.chen

    博客：http://www.cnblogs.com/chenmh

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