索引優化是查詢優化中最重要的一部分，索引是一種用於排序和搜尋的結構，在查詢資料時索引可以減少對I/O的需要；當計劃中的某些元素需要或是可以利用經過排序的資料時，也會減少對排序的需要。某些方面的優化可以適度提高效能，而索引優化經常可以大幅度地提高查詢效能。

一、表和索引的結構

1.1 頁和區

　　頁是MSSQL儲存資料的基本單位，大小為8KB，是MSSQL可以讀寫的最小I/O單位。=> 即使只訪問一行，MS SQL也會將整個頁載入到快取，再從換從中讀取資料。

　　區是由8個物理上連續的頁組成的單元。=> 當表或索引需要更多空間以儲存資料時，MSSQL會為物件分配一個完整的區。

為了使空間分配更有效，SQL Server 不會將所有區分配給包含少量資料的表。MSSQL有兩種型別的區：混合區和統一區，區別詳見參考資料（4）。

PS：看來MSSQL比較喜歡8這個數字。此外，我們需要了解的就是I/O操作中開銷最大的部分是磁碟臂（Disk Arm）的移動，而真正的磁碟讀寫操作的開銷要小得多；因此，讀取一個頁和讀取整個區所用的時間幾乎一樣長。

1.2 表的組織方式

　　堆（Heap）

　　堆是不含聚集索引的表（所以只有非聚集索引的表也是堆），因為它的資料不會按照任何順序進行組織，而是按分割槽組隊資料進行組織。=> 當你使用SELECT語句訪問堆表時，MSSQL在執行計劃裡會使用表掃描（Table Scan）

在堆中，有一個索引分配對映（IAM）的點陣圖頁用於儲存資料之間的關係，在下圖中，MSSQL維護著指向第一個IAM頁和堆中第一個資料也的內部指標。

　　這些指標可以在系統檢視sys.system_internals_allocation_units中找到。

　　B樹

　　MSSQL中的所有聚集索引都是按照B樹結構組織的，B樹中的每一頁稱為一個索引節點。每個索引行包含一個鍵值和一個指標。指標指向B樹上的某一中間級頁（比如根節點指向中間級節點中的索引頁）

二、索引的訪問方法

2.1 表掃描/無序聚集索引掃描

　　表掃描/無序聚集索引掃描是對錶的所有資料頁進行掃描。下面的查詢就對Orders表（結構化為堆，因此查詢之前需要首先刪除該表的聚集索引）執行表掃描：

　　執行這個查詢後，通過STATISTICS IO, STATISTICS TIME得到的效能指標如下所示：

-- clear cache
dbcc dropcleanbuffers;
-- statistics io
set statistics io on;
-- statistics time
set statistics time on;

　　如果該表包含聚集索引，那麼採用的訪問方法將會是無序聚集索引掃描（Clustered Index Scan運算子，其Ordered屬性為False）。下圖展示了優化器為該查詢將生成的執行計劃。

　　這裡首先給Orders表加一個聚集索引。

-- add clustered index for Orders
create clustered index idx_cl_od on dbo.Orders(orderdate);

　　再次檢視執行計劃，從表掃描變成了聚集索引掃描。這裡可以看到其中已排序這個屬性為False，就關係引擎來說，該運算子不需要返回有序的資料。（即返回任何順序的資料都沒有問題）

　　執行這個查詢後，通過STATISTICS IO, STATISTICS TIME得到的效能指標如下所示：

　　可以看到，表掃描和無序聚集索引掃描的查詢效率差不多的。

2.2 無序覆蓋非聚集索引掃描

　　無序覆蓋非聚集索引掃描類似於無序聚集索引掃描，覆蓋索引的概念表示非聚集索引包含在查詢中指定的所有列中。MSSQL只需要訪問索引資料就可以找到滿足查詢所需的全部資料。

　　這裡我們來看看下面的查詢，假設我們之前在Orders表的orderid列上建立了一個非聚集索引PK_Orders（主鍵），即所有orderid都處於索引的葉級。因此，索引覆蓋了這個查詢。

-- pk_orders
select orderid 
from dbo.Orders;

　　其執行計劃如下圖所示：

　　執行這個查詢後，通過STATISTICS IO, STATISTICS TIME得到的效能指標如下所示：

　　可以看到，邏輯讀取次數減少了近10倍，而執行時間減少了一半。

2.3 有序聚集索引掃描

　　有序聚集索引掃描是針對聚集索引的葉級執行的一種完整掃描，可以確保按照索引順序為下一個運算子返回資料。

　　例如，下面的查詢請求按orderdate排序的所有訂單：

-- ordered clustered index scan
select orderid, custid, empid, shipperid, orderdate 
from dbo.Orders
order by orderdate;

　　其執行計劃如下圖所示，可以看到這次已排序屬性值變成了True。這就表示，從運算子返回來的資料應該是有序的，而且儲存引擎只能以索引順序掃描。

　　執行這個查詢後，通過STATISTICS IO, STATISTICS TIME得到的效能指標如下所示：

　　可以看到，查詢效率和表掃描、無序聚集索引掃描差不多，執行時間略多於前兩者。

參考資料

（1）[美] Itzik Ben-Gan 著，成保棟 譯，《Microsoft SQL Server 2008技術內幕：T-SQL查詢》

（4）Microsoft TechNet，《TN 頁和區》

作者：周旭龍

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