انواع ایندکس‌ها در پایگاه داده اوراکل
در پایگاه داده اوراکل، ایندکس‌ها ابزارهایی بسیار کاربردی و کارآمد برای بهبود سرعت دسترسی به داده‌ها و اجرای سریع‌تر کوئری‌ها هستند.
انواع مختلفی از ایندکس‌ها در اوراکل وجود دارد که هرکدام برای سناریوهای خاصی طراحی شده‌اند و استفاده از آن‌ها می‌تواند در بهینه‌سازی پایگاه داده‌ها و پاسخ‌دهی به درخواست‌ها نقشی مهم ایفا کند.
در اینجا به معرفی و بررسی انواع مختلف ایندکس‌های پایگاه داده اوراکل و کاربردهای آن‌ها می‌پردازیم:
-
ایندکس B-tree در پایگاه داده اوراکل
ایندکس B-tree (Balanced Tree) یا درخت متوازن، رایج‌ترین و پرکاربردترین نوع ایندکس در اوراکل است و به عنوان ایندکس پیش‌فرض شناخته می‌شود.
این ایندکس داده‌ها را در ساختاری درختی و به صورت متوازن سازماندهی می‌کند که امکان دسترسی به داده‌ها در کمترین زمان ممکن فراهم شود.
هر گره در درخت B-tree حاوی یک کلید (یا چند کلید) و اشاره‌گرهایی به داده‌های ذخیره‌شده در دیسک است.
درخت به‌گونه‌ای طراحی شده است که از ریشه به برگ‌های درخت، حرکت به سمت داده‌ها سریع و بهینه باشد.
بنابراین، درخت B-tree برای کوئری‌هایی که نیاز به جستجوی دقیق (Exact Match) و بازه‌ای (Range Search) دارند بسیار مناسب است.
ایندکس‌های B-tree برای جداولی با حجم بالای داده و تراکنش‌های مکرر طراحی شده‌اند و به دلیل ساختار درختی خود، امکان جستجو، درج و حذف داده‌ها با سرعت بالا را فراهم می‌کنند.
این نوع ایندکس‌ها معمولاً در سیستم‌های تراکنشی مانند بانک‌ها، سیستم‌های مالی و هر جایی که نیاز به دسترسی سریع و پیوسته به داده‌ها وجود دارد، استفاده می‌شوند.
اما اگر ستون‌های ایندکس‌شده دارای مقادیر پرتکرار باشند، ممکن است ایندکس B-tree کارایی کمی داشته باشد.
در چنین مواردی، استفاده از ایندکس‌های Bitmap یا Composite می‌تواند گزینه بهتری باشد.
مثال:
CREATE INDEX idx_emp_name ON employees(employee_name);
این ایندکس دسترسی سریع به ستون employee_name در جدول employees را فراهم می‌کند.
-
ایندکس Bitmap
ایندکس‌های Bitmap معمولاً برای کاربردهای تحلیلی و داده‌کاوی در سیستم‌های داده‌کاوی یا پایگاه داده‌های بزرگ به کار می‌روند.
برخلاف ایندکس‌های B-tree، ایندکس‌های Bitmap از ساختاری بیتی برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌کنند.
در این نوع ایندکس، برای هر مقدار ممکن در ستون، یک بیت‌مپ ساخته می‌شود که نشان می‌دهد هر رکورد خاص دارای آن مقدار است یا خیر.
برای مثال، در ستونی که تنها دو مقدار "زن" و "مرد" دارد، دو بیت‌مپ مجزا ایجاد می‌شود: یکی برای مقدار "زن" و دیگری برای "مرد".
بیت‌ها برای هر رکورد به صورت ۰ و ۱ تنظیم می‌شوند تا وضعیت وجود مقدار را نشان دهند.
این ایندکس‌ها برای ستون‌هایی که تعداد مقادیر محدودی دارند و مقادیر پرتکرار هستند بسیار مناسبند.
از این رو، ایندکس Bitmap در جداولی با مقادیر پرتکرار و تعداد محدودی مقدار مختلف، مانند ستون‌های وضعیت شغلی، جنسیت، یا دسته‌بندی محصولات، بسیار کارایی دارند.
ایندکس‌های Bitmap به دلیل قابلیت انجام سریع محاسبات بیتی برای کوئری‌های پیچیده و چندبعدی (مانند AND و OR)، به خصوص در تحلیل‌های داده‌ای بزرگ، مفید هستند.
البته باید توجه داشت که به دلیل هزینه بالای به‌روزرسانی، ایندکس‌های Bitmap برای محیط‌های تراکنشی با تغییرات زیاد مناسب نیستند.
مثال:
CREATE BITMAP INDEX idx_emp_status ON employees(status);
این ایندکس روی ستون status که دارای مقادیر محدودی مانند active یا inactive است، ایجاد می‌شود.
-
ایندکس Composite (ترکیبی)
ایندکس‌های Composite یا ترکیبی، به کاربران این امکان را می‌دهند که چندین ستون را در قالب یک ایندکس ترکیب کنند.
این نوع ایندکس بهینه‌سازی شده برای پرس‌وجوهایی است که به اطلاعات چند ستون نیاز دارند.
مثلاً در یک جدول مشتریان، می‌توان از ترکیب ستون‌های نام، نام خانوادگی و کد پستی استفاده کرد تا در کوئری‌هایی که نیاز به جستجوی مشتریان بر اساس ترکیبی از این ستون‌ها دارند، سرعت دسترسی به داده‌ها به طور چشمگیری افزایش یابد.
ترتیب ستون‌ها در تعریف ایندکس Composite بسیار اهمیت دارد، زیرا این ترتیب تأثیر مستقیمی بر کارایی پرس‌وجوها دارد.
به طور مثال، اگر ایندکسی بر اساس ستون‌های A، B و C تعریف شده باشد، کوئری‌هایی که ابتدا ستون A و سپس B و C را جستجو می‌کنند، بیشترین بهره را از این ایندکس خواهند برد.
با این حال، اگر ترتیب ستون‌ها در کوئری با ترتیب تعریف شده در ایندکس مطابقت نداشته باشد، ممکن است ایندکس به خوبی عمل نکند و کارایی کوئری کاهش یابد.
ایندکس‌های Composite برای جداولی که دارای تعداد زیادی رکورد هستند و کوئری‌ها معمولاً بر اساس ترکیبی از چند ستون انجام می‌شوند، مناسبند.
اما این ایندکس‌ها در مقایسه با ایندکس‌های ساده‌تر، زمان بیشتری برای به‌روزرسانی و مدیریت نیاز دارند.
مثال:
CREATE INDEX idx_emp_name_dept ON employees(employee_name, department_id);
این ایندکس کوئری‌هایی را که شامل ستون‌های employee_name و department_id هستند، بهینه می‌کند.
-
ایندکس Unique در پایگاه داده اوراکل
ایندکس‌های Unique در اوراکل مشابه ایندکس‌های B-tree هستند، با این تفاوت که در این ایندکس، سیستم اوراکل اطمینان حاصل می‌کند که تمامی مقادیر موجود در ستون یا ستون‌های ایندکس شده یکتا (Unique) باشند.
در حقیقت، ایندکس Unique تضمین می‌کند که هیچ مقدار تکراری در ستون ایندکس‌شده وارد نشود.
این نوع ایندکس برای ستون‌هایی که باید یکتا باشند، مانند شماره شناسایی، شماره پرسنلی، یا ایمیل، بسیار مناسب است.
در صورتی که کاربر سعی کند مقدار تکراری وارد کند، ایندکس Unique این تلاش را مسدود کرده و خطایی از نوع Constraint Violation نمایش می‌دهد.
این ویژگی باعث می‌شود تا یکپارچگی داده‌ها و صحت اطلاعات در سیستم پایگاه داده اوراکل حفظ شود.
به‌دلیل نیاز به یکتایی مقادیر، اوراکل تنها یک ایندکس Unique را بر روی یک ستون یا مجموعه‌ای از ستون‌ها ایجاد می‌کند.
بنابراین، استفاده از ایندکس Unique در مواقعی که اطمینان از یکتایی مقادیر ضروری است، توصیه می‌شود.
مثال:
CREATE UNIQUE INDEX idx_emp_email ON employees(email);
این ایندکس تضمین می‌کند که مقادیر ستون email در جدول employees یکتا باشند.
-
ایندکس Function-Based
ایندکس‌های Function-Based از دیگر انواع ایندکس‌های خاص در اوراکل هستند که بر اساس نتایج یک تابع از مقادیر ستون‌ها ساخته می‌شوند.
این نوع ایندکس‌ها در مواقعی که نیاز به جستجو بر اساس نتایج پردازشی یا توابع خاص روی ستون‌ها داریم، بسیار مفید هستند.
به طور مثال، فرض کنید یک جدول حاوی نام و نام خانوادگی به صورت حساس به حروف بزرگ و کوچک است.
اگر بخواهیم کوئری‌هایی را انجام دهیم که نام‌ها را به صورت غیرحساس به حروف بزرگ و کوچک جستجو کنیم، می‌توانیم از ایندکس Function-Based با تابع UPPER استفاده کنیم.
ایندکس‌های Function-Based به دلیل محاسبه نتایج تابع، می‌توانند عملکرد کوئری‌هایی را که شامل توابع خاص هستند، بهبود بخشند.
این ایندکس‌ها معمولاً در سیستم‌هایی که جستجوهای محاسباتی روی داده‌ها زیاد است، مانند سیستم‌های تحلیلی یا سیستم‌های آماری، استفاده می‌شوند.
با این حال، به دلیل اینکه در هر تغییر داده‌ای، نتیجه تابع نیز باید مجدداً محاسبه شود، به‌روزرسانی این نوع ایندکس‌ها کمی پیچیده و زمان‌بر است.
مثال:
CREATE INDEX idx_upper_name ON employees(UPPER(employee_name));
این ایندکس برای کوئری‌هایی استفاده می‌شود که در آن از تابع UPPER روی ستون employee_name استفاده می‌شود.
-
ایندکس Clustered
ایندکس Clustered نوعی ایندکس است که در آن رکوردهای جدول بر اساس مقدار ایندکس‌شده مرتب می‌شوند و این امکان را می‌دهد که داده‌های مرتبط به صورت فیزیکی در کنار هم ذخیره شوند.
ایندکس Clustered برای جستجوهای مرتب‌شده و جستجوهایی که نیاز به دسترسی سریع به داده‌های گروهی دارند، بسیار کارآمد است.
با استفاده از این ایندکس، داده‌ها به صورت فیزیکی در دیسک بر اساس مقدار ایندکس‌شده سازماندهی می‌شوند، به این ترتیب داده‌هایی که دارای مقادیر مشابه یا نزدیک به هم هستند، در کنار هم ذخیره می‌شوند و دسترسی به آن‌ها با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد.
این نوع ایندکس برای جداولی که شامل دسته‌های بزرگ داده‌ای هستند، مانند پایگاه‌های داده‌ای که به دسته‌بندی بر اساس زمان یا نوع خاصی از داده نیاز دارند، بسیار مناسب است.
با این حال، نگهداری و به‌روزرسانی این ایندکس به دلیل نیاز به سازماندهی فیزیکی داده‌ها پرهزینه است و در سیستم‌هایی با تغییرات زیاد توصیه نمی‌شود.
مثال:
CREATE CLUSTER emp_dept_cluster (department_id NUMBER);
این خوشه‌سازی بر اساس ستون department_id انجام می‌شود و ایندکس روی آن اعمال می‌شود.
-
ایندکس Reverse Key در پایگاه داده اوراکل
ایندکس Reverse Key یکی دیگر از انواع ایندکس‌های خاص در اوراکل است که مقادیر کلیدها را به صورت معکوس در ایندکس ذخیره می‌کند.
این ایندکس برای جلوگیری از ایجاد نقاط داغ در B-tree طراحی شده است و زمانی کاربرد دارد که داده‌ها به‌صورت ترتیبی وارد سیستم می‌شوند، مانند ستون‌هایی که شامل شماره سریال‌ها یا شناسه‌های ترتیبی هستند.
ایندکس Reverse Key مقادیر کلیدها را قبل از درج در ایندکس معکوس می‌کند تا داده‌ها به صورت تصادفی در شاخه‌های مختلف درخت B-tree توزیع شوند.
این امر از تجمع داده‌ها در یک بخش خاص از ایندکس جلوگیری کرده و کارایی را افزایش می‌دهد
برای جلوگیری از hot spots در سیستم‌هایی با کلیدهای ترتیبی.
مثال:
CREATE INDEX idx_emp_id_rev ON employees(employee_id) REVERSE;
این ایندکس شماره‌های شناسایی را به ترتیب معکوس ذخیره می‌کند.
بهترین نوع ایندکس‌ها در پایگاه داده اوراکل
بهترین نوع ایندکس در پایگاه داده اوراکل به نیازهای خاص سیستم بستگی دارد.
ایندکس B-tree معمولاً انتخاب پیش‌فرض و مناسبی برای جداول با تراکنش‌های پرتکرار و کوئری‌های دقیق و بازه‌ای است، زیرا ساختار متوازن آن دسترسی سریع به داده‌ها را ممکن می‌کند
.
برای کاربردهای تحلیلی که نیاز به جستجوهای چندبعدی و کوئری‌های ترکیبی دارند، ایندکس Bitmap ایده‌آل است، زیرا با کاهش فضای مورد نیاز و تسهیل پردازش پرس‌وجوهای پیچیده عملکرد بالاتری دارد.
همچنین، در صورت نیاز به جستجو بر اساس نتایج تابع یا محاسبات خاص، ایندکس‌های Function-Based می‌توانند عملکرد کوئری‌ها را بهبود بخشند.
بنابراین، انتخاب بهترین ایندکس وابسته به نوع داده، حجم تراکنش‌ها و نیازهای عملکردی سیستم است.
