Oracle索引种类之位图索引

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位图索引通过位图向量，表示索引键值在表中的分布。
适用于没有大量更新操作的对象，如：OLAP 数据库。
对于存在大量更新操作的索引列，不适用位图索引。因此对于 OLTP 并不适用。

更新位图向量时，相应位图涉及的所有数据行会被锁定，无法针对这些数据行的该索引列进行 DML 操作 。

Oracle 索引种类之位图索引

与 B -tree 索引的联系及区别如下：

与 B -tree 索引的联系：位图索引使用 B -tree 形式组成。
与 B -tree 索引的区别：位图索引的一个索引键值对应一个叶子节点。（B-tree 的叶节点包含多个索引键值）
与 B -tree 索引的区别：位图索引使用位图向量标识键值对应的数据行分布情况。（B-tree 采用 rowid 定位数据行）

此外：

位图索引创建时，不需要进行排序，因此速度较快；而 B -tree 索引创建时，需要排序等操作，因此慢很多。
位图索引允许键值为 NULL，因此进行 NULL 条件查询时，可以使用索引。而 B -tree 索引不记录 NULL（组合索引除外），因此会使用全表扫描。
对于表的访问效率很高
- 当使用 count(XX), 可以直接访问索引就快速得出统计数据.
- 当根据位图索引的列进行 and,or 或 in(x,y,..) 查询时, 直接用索引的位图进行或运算, 在访问数据之前可事先过滤数据 .

需要重申的是：

B 树索引中，由于根据键值的 rowid 定位数据行，因此相同的键值存在多次，与相应的 rowid 对应。
位图索引中，由于根据位图向量定位键值所在的数据行，因此相同键值只需要记录一次。

对于 B -tree 索引，CBO 优化器会根据数据的具体分布情况，选择是否应用索引。

对于位图索引，即使读取非常大的数据，仍然会选择索引。

-- 查看测试数据表的结构 
Yumiko@sunny >desc test01;
 Name                                          Null?    Type
 --------------------------------------------- -------- ----------------
 OWNER                                                  VARCHAR2(30)
 OBJECT_NAME                                            VARCHAR2(128)
 SUBOBJECT_NAME                                         VARCHAR2(30)
 OBJECT_ID                                              NUMBER
 DATA_OBJECT_ID                                         NUMBER
 OBJECT_TYPE                                            VARCHAR2(19)
 CREATED                                                DATE
 LAST_DDL_TIME                                          DATE
 TIMESTAMP                                              VARCHAR2(19)
 STATUS                                                 VARCHAR2(7)
 TEMPORARY                                              VARCHAR2(1)
 GENERATED                                              VARCHAR2(1)
 SECONDARY                                              VARCHAR2(1)



-- 查看表的总行数 
Yumiko@sunny >select count(*) from test01;

  COUNT(*)
----------
     22928



-- 查看 owner 字段的数据分布情况，可以发现 owner 字段的含 SYS 的数据非常庞大，存在明显的数据倾斜 
-- 准备为 owner 字段分两次，建立 b -tree 索引以及位图索引，通过相同的查询条件，比较索引的使用情况 
Yumiko@sunny >select owner,count(*) from test01 group by owner order by count(*);

OWNER                            COUNT(*)
------------------------------ ----------
BI                                      8
SCOTT                                  10
SYS                                 22910



-- 建立 b -tree 索引并验证 
Yumiko@sunny >create index BTREE_OWNER on test01(owner);
Index created.


Yumiko@sunny >select INDEX_NAME,INDEX_TYPE,TABLE_NAME from user_indexes where TABLE_NAME = 'TEST01';

INDEX_NAME                     INDEX_TYPE                  TABLE_NAME
------------------------------ --------------------------- ------------------------------
BTREE_OWNER                    NORMAL                      TEST01



-- 打开会话根据，已查看执行计划 
Yumiko@sunny >set autotrace trace




-- 查询 owner 字段为 BI 时，由于从较多数据中检查个别数据，执行计划用到了索引扫描，通过索引块，快速定位目标数据的 rowid，进而访问数据块获得结果。此时效率最高 
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='BI';
8 rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 725909888

-------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name        | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
-------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |             |     8 |  1416 |     2   (0)| 00:00:01 |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| TEST01      |     8 |  1416 |     2   (0)| 00:00:01 |
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | BTREE_OWNER |     8 |       |     1   (0)| 00:00:01 |
-------------------------------------------------------------------------------------------

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

   2 - access("OWNER"='BI')

Note
-----
   - dynamic sampling used for this statement


Statistics
----------------------------------------------------------
         40  recursive calls
          0  db block gets
         84  consistent gets
          4  physical reads
          0  redo size
       2010  bytes sent via SQL*Net to client
        469  bytes received via SQL*Net from client
          2  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
          8  rows processed




-- 查询 owner 字段为 SYS 时，由于数据中该字段的数据存在明显的数据倾斜，若通过索引方式检索，将先扫面大部分的索引块，然后再根据 rowid 查找数据块，此时代价十分大，不如直接全表扫描效率高，因此不用索引。
 Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='SYS';

22910 rows selected.


Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 262542483

----------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation         | Name   | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT  |        | 22064 |  3813K|   159   (2)| 00:00:02 |
|*  1 |  TABLE ACCESS FULL| TEST01 | 22064 |  3813K|   159   (2)| 00:00:02 |
----------------------------------------------------------------------------

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

   1 - filter("OWNER"='SYS')

Note
-----
   - dynamic sampling used for this statement


Statistics
----------------------------------------------------------
          7  recursive calls
          0  db block gets
       2288  consistent gets
          8  physical reads
          0  redo size
    1148463  bytes sent via SQL*Net to client
      17266  bytes received via SQL*Net from client
       1529  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
      22910  rows processed



-- 删除 B -tree 索引，创建位图索引并查看 
Yumiko@sunny >create bitmap index bitmap_owner on test01(owner);
Index created.


Yumiko@sunny >select INDEX_NAME,INDEX_TYPE,TABLE_NAME from user_indexes where TABLE_NAME = 'TEST01';

INDEX_NAME                     INDEX_TYPE                  TABLE_NAME
------------------------------ --------------------------- ------------------------------
BITMAP_OWNER                   BITMAP                      TEST01



-- 打开会话跟踪，以查看执行计划 
Yumiko@sunny >set autotrace trace


-- 当查看 owner 为 BI 时，与 b -tree 一样，使用索引扫描的方式进行检索。
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='BI';
8 rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3098739824

---------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                    | Name         | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
---------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT             |              |     8 |  1416 |    55   (0)| 00:00:01 |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID | TEST01       |     8 |  1416 |    55   (0)| 00:00:01 |
|   2 |   BITMAP CONVERSION TO ROWIDS|              |       |       |            |          |
|*  3 |    BITMAP INDEX SINGLE VALUE | BITMAP_OWNER |       |       |            |          |
---------------------------------------------------------------------------------------------

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

   3 - access("OWNER"='BI')

Note
-----
   - dynamic sampling used for this statement


Statistics
----------------------------------------------------------
         40  recursive calls
          0  db block gets
         82  consistent gets
          0  physical reads
          0  redo size
       2010  bytes sent via SQL*Net to client
        469  bytes received via SQL*Net from client
          2  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
          8  rows processed



-- 当查看 owner 为 SYS 时，此时与 B 树索引不同，依然选择了位图索引 
Yumiko@sunny >select * from test01 where owner='SYS';
22910 rows selected.


Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3098739824

---------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                    | Name         | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
---------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT             |              | 22064 |  3813K|    55   (0)| 00:00:01 |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID | TEST01       | 22064 |  3813K|    55   (0)| 00:00:01 |
|   2 |   BITMAP CONVERSION TO ROWIDS|              |       |       |            |          |
|*  3 |    BITMAP INDEX SINGLE VALUE | BITMAP_OWNER |       |       |            |          |
---------------------------------------------------------------------------------------------

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

   3 - access("OWNER"='SYS')

Note
-----
   - dynamic sampling used for this statement


Statistics
----------------------------------------------------------
          7  recursive calls
          0  db block gets
       2130  consistent gets
          0  physical reads
          0  redo size
    2526059  bytes sent via SQL*Net to client
      17266  bytes received via SQL*Net from client
       1529  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
      22910  rows processed

从上面可以看到，对于位图索引，即使从表中读取很多行，也会使用索引。

对于位图索引，当一个事务更新一条记录的索引列键值，且未提交事务时，其他事务对于该索引键值涉及的数据行的该索引列值的修改，将处于等待。

-- 查看当前两个会话的事件，无特殊事件 
Yumiko@sunny >select SID,USERNAME,PROGRAM,EVENT from v$session where username='SCOTT';

   SID USERNAME           PROGRAM                           EVENT
------- ----------------- -------------------------------------------------------------
   147 SCOTT              sqlplus@OA01 (TNS V1-V3)          SQL*Net message from client
   153 SCOTT              sqlplus@OA01 (TNS V1-V3)          SQL*Net message from client




-- 查看表的前三行数据 
Yumiko@sunny01 >select OWNER,OBJECT_ID,DATA_OBJECT_ID,OBJECT_TYPE from test01 where rownum < 4;

OWNER                           OBJECT_ID DATA_OBJECT_ID OBJECT_TYPE
------------------------------ ---------- -------------- -------------------
SYS                                    20              2 TABLE
SYS                                    44             44 INDEX
SYS                                    28             28 TABLE



-- 发起事务 1 对于位图索引列 owner 为 SYS 值的一行数据的 owner 字段的更新操作，但不提交事务。
Yumiko@sunny01 >update test01 set OWNER='SCOTT' where DATA_OBJECT_ID=28;
1 row updated.



-- 发起事务 2 对于位图索引列 owner 为 SYS 值的另一行数据库的 owner 字段的更新操作，此时事务停顿。
Yumiko@sunny02 >update test01 set OWNER='BI' where DATA_OBJECT_ID=44;



-- 查看此时会话的事件，发现有 row lock 等待事件 
Yumiko@sunny >select SID,USERNAME,PROGRAM,EVENT from v$session where username='SCOTT';

     SID USERNAME           PROGRAM                          EVENT
--------- ------------------------------ ------------------------------------------------
     147 SCOTT              sqlplus@OA01 (TNS V1-V3)         enq: TX - row lock contention
     153 SCOTT              sqlplus@OA01 (TNS V1-V3)         SQL*Net message from client