浅谈PostgreSQL的索引

1. 索引的特性

1.1 加快条件的检索的特性

当表数据量越来越大时查询速度会下降，在表的条件字段上使用索引，快速定位到可能满足条件的记录，不需要遍历所有记录。

create table t(id int, info text);
insert into t select generate_series(1,10000),'lottu'||generate_series(1,10000);
create table t1 as select * from t;
create table t2 as select * from t;
create index ind_t2_id on t2(id);

lottu=# analyze t1;
ANALYZE
lottu=# analyze t2;
ANALYZE
# 没有索引
lottu=# explain (analyze,buffers,verbose) select * from t1 where id < 10;
                                             QUERY PLAN                                              
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on lottu.t1  (cost=0.00..180.00 rows=9 width=13) (actual time=0.073..5.650 rows=9 loops=1)
   Output: id, info
   Filter: (t1.id < 10)
   Rows Removed by Filter: 9991
   Buffers: shared hit=55
 Planning time: 25.904 ms
 Execution time: 5.741 ms
(7 rows)
# 有索引
lottu=# explain (analyze,verbose,buffers) select * from t2 where id < 10;
                                                     QUERY PLAN                                                      
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using ind_t2_id on lottu.t2  (cost=0.29..8.44 rows=9 width=13) (actual time=0.008..0.014 rows=9 loops=1)
   Output: id, info
   Index Cond: (t2.id < 10)
   Buffers: shared hit=3
 Planning time: 0.400 ms
 Execution time: 0.052 ms
(6 rows)

#在这个案例中：执行同一条SQL。t2有索引的执行数据是0.052 ms；t1没有索引的是：5.741 ms; 

1.2 有序的特性

索引本身就是有序的。

#没有索引
lottu=# explain (analyze,verbose,buffers) select * from t1 where id > 2 order by id;
                                                   QUERY PLAN                                                    
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Sort  (cost=844.31..869.31 rows=9999 width=13) (actual time=8.737..11.995 rows=9998 loops=1)
   Output: id, info
   Sort Key: t1.id
   Sort Method: quicksort  Memory: 853kB
   Buffers: shared hit=55
   ->  Seq Scan on lottu.t1  (cost=0.00..180.00 rows=9999 width=13) (actual time=0.038..5.133 rows=9998 loops=1)
         Output: id, info
         Filter: (t1.id > 2)
         Rows Removed by Filter: 2
         Buffers: shared hit=55
 Planning time: 0.116 ms
 Execution time: 15.205 ms
(12 rows)
 #有索引
lottu=# explain (analyze,verbose,buffers) select * from t2 where id > 2 order by id;
                                                         QUERY PLAN                                                          
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using ind_t2_id on lottu.t2  (cost=0.29..353.27 rows=9999 width=13) (actual time=0.030..5.304 rows=9998 loops=1)
   Output: id, info
   Index Cond: (t2.id > 2)
   Buffers: shared hit=84
 Planning time: 0.295 ms
 Execution time: 7.027 ms
(6 rows)

#在这个案例中：执行同一条SQL。

• t2有索引的执行数据是7.027 ms；t1没有索引的是：15.205 ms;
• t1没有索引执行还占用了 Memory: 853kB。

2. 索引扫描方式

索引的扫描方式有3种

2.1 Indexscan

先查索引找到匹配记录的ctid，再通过ctid查堆表

2.2 bitmapscan

先查索引找到匹配记录的ctid集合，把ctid通过bitmap做集合运算和排序后再查堆表

2.3 Indexonlyscan

如果索引字段中包含了所有返回字段，对可见性映射 (vm)中全为可见的数据块，不查堆表直接返回索引中的值。

这里谈谈Indexscan扫描方式和Indexonlyscan扫描方式
对这两种扫描方式区别；借用oracle中索引扫描方式来讲；Indexscan扫描方式会产生回表读。根据上面解释来说；Indexscan扫描方式：查完索引之后还需要查表。 Indexonlyscan扫描方式只需要查索引。也就是说：Indexonlyscan扫描方式要优于Indexscan扫描方式？我们来看看

现有表t；在字段id上面建来ind_t_id索引
1. t表没有VM文件。
lottu=# d+ t
                           Table "lottu.t"
 Column |  Type   | Modifiers | Storage  | Stats target | Description 
--------+---------+-----------+----------+--------------+-------------
 id     | integer |           | plain    |              | 
 info   | text    |           | extended |              | 
Indexes:
    "ind_t_id" btree (id)

lottu=# explain (analyze,buffers,verbose) select id from t where id < 10;
                                                      QUERY PLAN                                                       
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Only Scan using ind_t_id on lottu.t  (cost=0.29..8.44 rows=9 width=4) (actual time=0.009..0.015 rows=9 loops=1)
   Output: id
   Index Cond: (t.id < 10)
   Heap Fetches: 9
   Buffers: shared hit=3
 Planning time: 0.177 ms
 Execution time: 0.050 ms
(7 rows)
#人为更改执行计划
lottu=# set enable_indexonlyscan = off;
SET
lottu=# explain (analyze,buffers,verbose) select id from t where id < 10;
                                                    QUERY PLAN                                                    
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using ind_t_id on lottu.t  (cost=0.29..8.44 rows=9 width=4) (actual time=0.008..0.014 rows=9 loops=1)
   Output: id
   Index Cond: (t.id < 10)
   Buffers: shared hit=3
 Planning time: 0.188 ms
 Execution time: 0.050 ms
(6 rows)
# 可以发现两者几乎没有差异；唯一不同的是Indexonlyscan扫描方式存在扫描的Heap Fetches时间。 这个时间是不在Execution time里面的。
2. t表有VM文件
lottu=# delete from t where id >200 and id < 500;
DELETE 299
lottu=# vacuum t;
VACUUM
lottu=# analyze t;
ANALYZE
lottu=# explain (analyze,buffers,verbose) select id from t where id < 10;
                                                      QUERY PLAN                                                       
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Only Scan using ind_t_id on lottu.t  (cost=0.29..4.44 rows=9 width=4) (actual time=0.008..0.012 rows=9 loops=1)
   Output: id
   Index Cond: (t.id < 10)
   Heap Fetches: 0
   Buffers: shared hit=3
 Planning time: 0.174 ms
 Execution time: 0.048 ms
(7 rows)

lottu=# set enable_indexonlyscan = off;
SET
lottu=# explain (analyze,buffers,verbose) select id from t where id < 10;
                                                    QUERY PLAN                                                    
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using ind_t_id on lottu.t  (cost=0.29..8.44 rows=9 width=4) (actual time=0.012..0.022 rows=9 loops=1)
   Output: id
   Index Cond: (t.id < 10)
   Buffers: shared hit=3
 Planning time: 0.179 ms
 Execution time: 0.077 ms
(6 rows)

总结：

• Index Only Scan在没有VM文件的情况下, 速度比Index Scan要慢, 因为要扫描所有的Heap page。差异几乎不大。
• Index Only Scan存在VM文件的情况下，是要比Index Scan要快。

知识点1：

• VM文件：称为可见性映射文件；该文件存在表示：该数据块没有需要清理的行。即已经做了vaccum操作。

知识点2：

人为选择执行计划。可设置enable_xxx参数有

• enable_bitmapscan
• enable_hashagg
• enable_hashjoin
• enable_indexonlyscan
• enable_indexscan
• enable_material
• enable_mergejoin
• enable_nestloop
• enable_seqscan
• enable_sort
• enable_tidscan

参考文献

• 参考德哥：《PostgreSQL 性能优化培训 3 DAY.pdf》
• https://www.postgresql.org/docs/9.6/static/runtime-config-query.html

3. 索引的类型

PostgreSQL 支持索引类型有: B-tree, Hash, GiST, SP-GiST, GIN and BRIN。

• postgresql----Btree索引:http://www.cnblogs.com/alianbog/p/5621749.html
• postgresql----hash索引：一般只用于简单等值查询。不常用。
• postgresql----Gist索引:http://www.cnblogs.com/alianbog/p/5628543.html

4. 索引的管理

4.1 创建索引

创建索引语法：

lottu=# h create index
Command:     CREATE INDEX
Description: define a new index
Syntax:
CREATE [ UNIQUE ] INDEX [ CONCURRENTLY ] [ [ IF NOT EXISTS ] name ] ON table_name [ USING method ]
    ( { column_name | ( expression ) } [ COLLATE collation ] [ opclass ] [ ASC | DESC ] [ NULLS { FIRST | LAST } ] [, ...] )
    [ WITH ( storage_parameter = value [, ... ] ) ]
    [ TABLESPACE tablespace_name ]
    [ WHERE predicate ]
接下来我们以t表为例。    
1. 关键字【UNIQUE】
#创建唯一索引；主键就是一种唯一索引
CREATE UNIQUE INDEX ind_t_id_1 on t (id);
2. 关键字【CONCURRENTLY】
# 这是并发创建索引。跟oracle的online创建索引作用是一样的。创建索引过程中；不会阻塞表更新，插入，删除操作。当然创建的时间就会很漫长。
CREATE INDEX CONCURRENTLY ind_t_id_2 on t (id);
3. 关键字【IF NOT EXISTS】
#用该命令是用于确认索引名是否存在。若存在；也不会报错。
CREATE INDEX IF NOT EXISTS ind_t_id_3 on t (id);
4. 关键字【USING】
# 创建哪种类型的索引。 默认是B-tree。
CREATE INDEX ind_t_id_4 on t using btree (id);
5 关键字【[ ASC | DESC ] [ NULLS { FIRST | LAST]】
# 创建索引是采用降序还是升序。 若字段存在null值，是把null值放在前面还是最后：例如采用降序，null放在前面。
CREATE INDEX ind_t_id_5 on t (id desc nulls first)
6. 关键字【WITH ( storage_parameter = value)】
#索引的填充因子设为。例如创建索引的填充因子设为75
CREATE INDEX ind_t_id_6 on t (id) with (fillfactor = 75);
7. 关键字【TABLESPACE】
#是把索引创建在哪个表空间。
CREATE INDEX ind_t_id_7 on t (id) TABLESPACE tsp_lottu;
8. 关键字【WHERE】
#只在自己感兴趣的那部分数据上创建索引，而不是对每一行数据都创建索引，此种方式创建索引就需要使用WHERE条件了。
CREATE INDEX ind_t_id_8 on t (id) WHERE id < 1000;

4.2 修改索引

修改索引语法

lottu=# h alter index
Command:     ALTER INDEX
Description: change the definition of an index
Syntax:
#把索引重新命名
ALTER INDEX [ IF EXISTS ] name RENAME TO new_name
#把索引迁移表空间
ALTER INDEX [ IF EXISTS ] name SET TABLESPACE tablespace_name
#把索引重设置填充因子
ALTER INDEX [ IF EXISTS ] name SET ( storage_parameter = value [, ... ] )
#把索引的填充因子设置为默认值
ALTER INDEX [ IF EXISTS ] name RESET ( storage_parameter [, ... ] )
#把表空间TSP1中索引迁移到新表空间
ALTER INDEX ALL IN TABLESPACE name [ OWNED BY role_name [, ... ] ]
    SET TABLESPACE new_tablespace [ NOWAIT ]  

4.3 删除索引

删除索引语法

lottu=# h drop index
Command:     DROP INDEX
Description: remove an index
Syntax:
DROP INDEX [ CONCURRENTLY ] [ IF EXISTS ] name [, ...] [ CASCADE | RESTRICT ]

5. 索引的维护

索引能带来加快对表中记录的查询，排序，以及唯一约束的作用。索引也是有代价

• 索引需要增加数据库的存储空间。
• 在表记录执行插入，更新，删除操作。索引也要更新。

5.1 查看索引的大小

select pg_size_pretty(pg_relation_size('ind_t_id'));

5.2 索引的利用率

--通过pg_stat_user_indexes.idx_scan可检查利用索引进行扫描的次数；这样可以确认那些索引可以清理掉。
select idx_scan from pg_stat_user_indexes where indexrelname = 'ind_t_id';

5.3 索引的重建

--如果一个表经过频繁更新之后，索引性能不好；需要重建索引。
lottu=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('ind_t_id_1')); 
 pg_size_pretty 
----------------
 2200 kB
(1 row)

lottu=# delete from t where id > 1000;
DELETE 99000

lottu=# analyze t;
ANALYZE
lottu=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('ind_t_id_1')); 
 pg_size_pretty 
----------------
 2200 kB
 
lottu=# insert into t select generate_series(2000,100000),'lottu';
INSERT 0 98001

lottu=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('ind_t_id_1')); 
 pg_size_pretty 
----------------
 4336 kB
(1 row)

lottu=# vacuum full t;
VACUUM

lottu=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('ind_t_id_1')); 
 pg_size_pretty 
----------------
 2176 kB
 
重建方法： 
1. reindex：reindex不支持并行重建【CONCURRENTLY】;索引会锁表；会进行阻塞。
2. vacuum full; 对表进行重构；索引也会重建；同样也会锁表。
3. 创建一个新索引(索引名不同)；再删除旧索引。