索引深入淺出(5/10)：非聚集索引的B樹結構在堆表

在“索引深入淺出：非聚集索引的B樹結構在聚集表”里，我們討論了在聚集表上的非聚集索引，這篇文章我們討論下在堆表上的非聚集索引。

非聚集索引可以在聚集表或堆表上創建。當我們在聚集表上創建非聚集索引時，聚集索引鍵擔當為行指針。在堆表里，文件號，頁號和槽號（file id , page number and slot number）的組合在非聚集索引里擔當為行指針。

我們來看下手頭的一個例子。我們創建salesorderdetail表的副本，並在上面的productid和salesorderid 列創建創建非聚集索引。

DROP TABLE SalesOrderDetailHeap

SELECT * INTO dbo.SalesOrderDetailHeap FROM AdventureWorks2008r2.Sales.SalesOrderDetail
GO
CREATE UNIQUE INDEX Ix_ProductId ON SalesOrderDetailHeap(ProductId,Salesorderid) 

收集非聚集索引相關信息：

TRUNCATE TABLE dbo.sp_table_pages
INSERT INTO sp_table_pages EXEC('DBCC IND(IndexDB,SalesOrderDetailHeap,2)')
GO

SELECT * FROM dbo.sp_table_pages ORDER BY IndexLevel DESC --根節點/索引頁
DBCC TRACEON(3604)
DBCC PAGE(IndexDB,1,3720,3)

DBCC TRACEON(3604)
DBCC PAGE(IndexDB,1,3608,3)--葉子節點/索引頁

DBCC TRACEON(3604)
DBCC PAGE(IndexDB,1,3908,3)--葉子節點/索引頁
SELECT * FROM dbo.sp_table_pages WHERE IndexLevel=0 --葉子節點/索引頁

根據上述信息進行非聚集索引邏輯示意圖的繪制：

現在我們來分析下SQL Server如何存儲堆表的非聚集索引，首先我們通過DBCC IND命令查看非聚集索引的頁分配情況，最后一個參數，2是Ix_ProductId的索引號。

DBCC ind('IndexDB','SalesOrderDetailHeap',2)

 

一共返回298條記錄，包括1個IAM頁，288個索引頁，我們用下列語句找下根層的頁號：

SELECT * FROM dbo.sp_table_pages ORDER BY IndexLevel DESC 

可以看到，indexlevel列最大值1的頁號是3270，這個頁就是根頁，因為indexlevel列最大值是1，所以這個堆表的非聚集索引的B樹結構只有2層，即根層和葉子層，也就是說288個索引頁中，1個頁是根層的根頁（也是索引頁），287個頁是葉子層的索引頁。我們來看看3270頁的信息。

DBCC TRACEON(3604)
DBCC PAGE(IndexDB,1,3720,3)

輸出結果，和聚集表里的非聚集索引的根頁結構是一樣的。

我們來看看葉子層的3608頁。

DBCC TRACEON(3604)
DBCC PAGE(IndexDB,1,3608,3)--葉子節點/索引頁

 在聚集表的非聚集索引的葉子層，聚集鍵與非聚集鍵一齊加入了葉子層的頁。這里我們沒有聚集索引，索引SQL Server加了個行標識號（8 bytes大小），由文件號（2 bytes），頁號（4 bytes）和槽號（2 bytes）組合而成。

從上圖我們可以清楚看出，productid值為707，salesorderid值為43665的記錄完整信息，可以在HeapRID 0xB800000001003E00位置找到。下面的查詢可以幫我們把RID轉為文件號：頁號：槽號（FileId:PageId:SlotNo）格式。

 

DECLARE @HeapRid BINARY(8)
SET @HeapRid = 0xB800000001003E00
SELECT      
       CONVERT (VARCHAR(5),
                    CONVERT(INT, SUBSTRING(@HeapRid, 6, 1)
                               + SUBSTRING(@HeapRid, 5, 1)))
     + ':'
     + CONVERT(VARCHAR(10),
                    CONVERT(INT, SUBSTRING(@HeapRid, 4, 1)
                               + SUBSTRING(@HeapRid, 3, 1)
                               + SUBSTRING(@HeapRid, 2, 1)
                               + SUBSTRING(@HeapRid, 1, 1)))
     + ':'
          + CONVERT(VARCHAR(5),
                    CONVERT(INT, SUBSTRING(@HeapRid, 8, 1)
                               + SUBSTRING(@HeapRid, 7, 1)))
                               AS 'Fileid:Pageid:Slot' 

1:184:62表示文件號：1 ，頁號：184 ，槽號:62。我們來看看184頁。 

DBCC TRACEON(3604)
DBCC PAGE(IndexDB,1,184,3)       

從輸出我們可以看到，productid值為707，salesorderid值為43665的記錄所有列可以在槽號62找到，與1:184:62表示文件號：1 ，頁號：184 ，槽號:62完全一致。

我們通過下面的查詢看看SQL Server如何使用非聚集索引查找堆表上的數據，點擊工具欄的顯示包含實際的執行計划。

 

SET STATISTICS IO ON
GO
SELECT *  FROM SalesOrderDetailHeap WHERE productid=707 AND SalesOrderid=43665    

SQL Server需要進行2次I/O操作到達非聚集索引的葉子層，1次I/O操作通過使用RID查找（堆）拿到剩下的數據。執行計划如下所示：

即使我們將查詢語句修改為，只要 ProductId,SalesOrderid,SalesorderDetailId 這3列,SQL Server還是要進行鍵查找（Key lookup）操作。

SET STATISTICS IO ON
GO
SELECT *  FROM SalesOrderDetailHeap WHERE productid=707 AND SalesOrderid=43665    
 
SET STATISTICS IO ON
GO
SELECT ProductId,SalesOrderid,SalesOrderDetailID FROM SalesOrderDetailHeap WHERE productid=707 AND SalesOrderid=43665       

這是因為，SalesorderDetailId列沒有定義為聚集鍵，在非聚集索引的葉子層沒有這列。為了避免鍵查找（key lookup）操作，我們需要將列限制到只有非聚集索引鍵（ProductKey ,salesorderid）。

SET STATISTICS IO ON
GO
SELECT ProductId,SalesOrderid FROM SalesOrderDetailHeap WHERE productid=707 AND SalesOrderid=43665  

如上圖所示，只有非聚集索引查找操作，沒有鍵查找（Key lookup）操作了。 

參考文章：

http://www.sqlservercentral.com/blogs/practicalsqldba/2013/03/17/sql-server-part-5-explaining-non-clustered-index-on-heap/