SQL SERVER 索引的工作原理

SQL 当一个新表被创建之时，系统将在磁盘中分配一段以8K为单位的连续空间，当字段的值从内存写入磁盘时，就在这一既定空间随机保存，当一个8K用完的时候， SQLS指针会自动分配一个8K的空间。这里，每个8K空间被称为一个数据页（Page），又名页面或数据页面，并分配从0-7的页号,每个文件的第0页记录引导信息，叫文件头（File header）；每8个数据页（64K）的组合形成扩展区（Extent），称为扩展。全部数据页的组合形成堆（Heap）。

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SQLS 规定行不能跨越数据页，所以，每行记录的最大数据量只能为8K。这就是char和varchar这两种字符串类型容量要限制在8K以内的原因，存储超过 8K的数据应使用text类型，实际上，text类型的字段值不能直接录入和保存，它只是存储一个指针，指向由若干8K的文本数据页所组成的扩展区，真正的数据正是放在这些数据页中。

页面有空间页面和数据页面之分。当一个扩展区的8个数据页中既包含了空间页面又包括了数据或索引页面时，称为混合扩展（Mixed Extent）,每张表都以混合扩展开始；反之，称为一致扩展专门保存数据及索引信息。表被创建之时，SQLS在混合扩展中为其分配至少一个数据页面，随着数据量的增长，SQLS可即时在混合扩展中分配出7个页面，当数据超过8个页面时，则从一致扩展中分配数据页面。

空间页面专门负责数据空间的分配和管理，包括：PFS页面（Page free space）：记录一个页面是否已分配、位于混合扩展还是一致扩展以及页面上还有多少可用空间等信息；GAM页面（Global allocation map）和SGAM页面(Secodary global allocation map)：用来记录空闲的扩展或含有空闲页面的混合扩展的位置。SQLS综合利用这三种类型的页面文件

在必要时为数据表创建新空间；数据页或索引页则专门保存数据及索引信息，SQLS使用4种类型的数据页面来管理表或索引：它们是IAM页、数据页、文本/图像页和索引页。

在WINDOWS 中，我们对文件执行的每一步操作，在磁盘上的物理位置只有系统（system）才知道；SQL SERVER沿袭了这种工作方式，在插入数据的过程中，不但每个字段值在数据页面中的保存位置是随机的，而且每个数据页面在“堆”中的排列位置也只有系统（system）才知道。这是为什么呢？众所周知，OS 之所以能管理DISK，是因为在系统启动时首先加载了文件分配表：FAT（File Allocation Table），正是由它管理文件系统并记录对文件的一切操作，系统才得以正常运行；同理，作为管理系统级的SQL

SERVER,也有这样一张类似FAT的表存在，它就是索引分布映像页：IAM（Index Allocation Map）。

IAM的存在，使SQLS对数据表的物理管理有了可能。

IAM 页从混合扩展中分配，记录了8个初始页面的位置和该扩展区的位置，每个IAM页面能管理512,000个数据页面，如

果数据量太大，SQLS也可以增加更多的IAM页，可以位于文件的任何位置。第一个IAM页被称为FirstIAM,其中记录了以

后的IAM页的位置。

数据页和文本/图像页互反，前者保存非文本/图像类型的数据，因为它们都不超过8K的容量，后者则只保存超过8K容

量的文本或图像类型数据。而索引页顾名思义，保存的是与索引结构相关的数据信息。了解页面的问题有助我们下

一步准确理解SQLS维护索引的方式，如页拆分、填充因子等。

二、索引的基本概念

什么是索引呢?索引是一种特殊类型的数据库对象，它与表有着密切的联系。

索引是为检索而存在的。如一些书籍的末尾就专门附有索引，指明了某个关键字在正文中的出现的页码位置，方便我们查找，但大多数的书籍只有目录，目录不是索引，只是书中内容的排序，并不提供真正的检索功能。可见建立索引要单独占用空间；索引也并不是必须要建立的，它们只是为更好、更快的检索和定位关键字而存在。

再进一步说，我们要在图书馆中查阅图书，该怎么办呢？图书馆的前台有很多叫做索引卡片柜的小柜子，里面分了若干的类别供我们检索图书，比如你可以用书名的笔画顺序或者拼音顺序作为查找的依据，你还可以从作者名的笔画顺序或拼音顺序去查询想要的图书，反正有许多检索方式，但有一点很明白，书库中的书并没有按照这些卡片柜中的顺序排列——虽然理论上可以这样做，事实上，所有图书的脊背上都人工的粘贴了一个特定的编号①，它们是以这个顺序在排列。索引卡片中并没有指明这本书摆放在书库中的第几个书架的第几本，仅仅指明了这个特定的编号。管理员则根据这一编号将请求的图书返回到读者手中。这是很形象的例子，以下的讲解将会反复用到它。

SQLS 在安装完成之后，安装程序会自动创建master、model、tempdb等几个特殊的系统数据库，其中master是SQLS的

主数据库，用于保存和管理其它系统数据库、用户数据库以及SQLS的系统信息，它在SQLS中的地位与WINDOWS下的注册表相当。

master中有一个名为sysindexes的系统表，专门管理索引。SQLS查询数据表的操作都必须用到它，毫无疑义，它是本文主角之一。查看一张表的索引属性，可以在查询分析器中使用以下命令：select * from sysindexes where id=object_id(‘tablename’)；而要查看表的索引所占空间的大小，可以使用系统存储过程命令：sp_spaceused tablename，其中参数tablename为被索引的表名。

三、平衡树

如果你通过书后的索引知道了一个关键字所在的页码，你有可能通过随机的翻寻，最终到达正确的页码。但更科学更快捷的方法是：首先把书翻到大概二分之一的位置，如果要找的页码比该页的页码小，就把书向前翻到四分之一处，否则，就把书向后翻到四分之三的地方，依此类推，把书页续分成更小的部分，直至正确的页码。这叫“两分法”，微软在官方教程MOC里另有一种说法：叫B树（B-Tree，Balance Tree），即平衡树。

一个表索引由若干页面组成，这些页面构成了一个树形结构。B 树由“根”（root）开始，称为根级节点，它通过指向另外两个页，把一个表的记录从逻辑上分成两个部分：“枝”—--非叶级节点（Non-Leaf Level）；而非叶级节点又分别指向更小的部分：“叶”——叶级节点（Leaf Level）。根节点、非叶级节点和叶级节点都位于索引页中，统称为索引节点，属于索引页的范筹。这些“枝”、“叶”最终指向了具体的数据页（Page）。在根级节点和叶级节点之间的叶又叫数据中间页。

“根”（root）对应了sysindexes表的Root字段，其中记载了非叶级节点的物理位置（即指针）；非叶级节点位于根

节点和叶节点之间，记载了指向叶级节点的指针；而叶级节点则最终指向数据页。这就是“平衡树”。

四、聚集索引和非聚集索引

从形式上而言，索引分为聚集索引（Clustered Indexes）和非聚集索引（NonClustered Indexes）。

聚集索引相当于书籍脊背上那个特定的编号。如果对一张表建立了聚集索引，其索引页中就包含着建立索引的列的值（下称索引键值），那么表中的记录将按照该索引键值进行排序。比如，我们如果在“姓名”这一字段上建立了聚集索引，则表中的记录将按照姓名进行排列；如果建立了聚集索引的列是数值类型的，那么记录将按照该键值的数值大小来进行排列。

非聚集索引用于指定数据的逻辑顺序，也就是说，表中的数据并没有按照索引键值指定的顺序排列，而仍然按照插入记录时的顺序存放。其索引页中包含着索引键值和它所指向该行记录在数据页中的物理位置，叫做行定位符（RID：Row ID）。好似书后面的的索引表，索引表中的顺序与实际的页码顺序也是不一致的。而且一本书也许有多个索引。比如主题索引和作者索引。

SQL Server在默认的情况下建立的索引是非聚集索引，由于非聚集索引不对表中的数据进行重组，而只是存储索引键

值并用一个指针指向数据所在的页面。一个表如果没有聚集索引时,理论上可以建立249个非聚集索引。每个非聚集索引提供访问数据的不同排序顺序。

sqlserver全文索引的原理

建立全文索引中有两项非常重要，一个是如何对文本进行分词，一是建立索引的数据结构。分词的方法基本上是二元分词法、最大匹配法和统计方法。索引的数据结构基本上采用倒排索引的结构。

分词的好坏关系到查询的准确程度和生成的索引的大小。在中文分词发展中，早期经常使用分词方式是二元分词法，该方法的基本原理是将包含中文的句子进行二元分割，不考虑单词含义，只对二元单词进行索引。因此该方法所分出的单词数量较多，从而产生的索引数量巨大，查询中会将无用的数据检索出来，好处是算法简单不会漏掉检索的数据。之后又发展出最大匹配分词方法，该方法又分为正向最大分词和逆向最大分词。其原理和查字典类似，对常用单词生成一个词典，分析句子的过程中最大的匹配字典中的单词，从而将句子拆分为有意义的单词链。最大匹配法中正向分词方法对偏正式词语的分辨容易产生错误，比如“首饰和服装”会将“和服”作为单词分出。达梦数据库采用的是改进的逆向最大分词方法，该分词方法较正向正确率有所提高。最为复杂的是通过统计方式进行分词的方法。该方法采用隐式马尔科夫链，也就是后一个单词出现的概率依靠于前一个单词出现的概率，最后统计所有单词出现的概率的最大为分词的依据。这个方法对新名词和地名的识别要远远高于最大匹配法，准确度随着取样文本的数量的增大而提高。

二元分词方法和统计方法是不依赖于词典的，而最大匹配法分词方法是依赖于词典的，词典的内容决定分词结构的好坏。

全文检索的索引被称为倒排索引，之所以成为倒排索引，是因为将每一个单词作为索引项，根据该索引项查找包含该单词的文本。因此，索引都是单词和唯一记录文本的标示是一对多的关系。将索引单词排序，根据排序后的单词定位包含该单词的文本。

步骤1）读取一整条句子到变量str中，转到步骤2

步骤2）从句子的尾端读取1个字到变量word中，转到步骤3

步骤3）在字典查找word中保存的单词。如果存在则保存word，转到步骤4，否则转到步骤5）

步骤4）如果是字典中最大单词或者超过最大单词数（认定为新词），从句尾去掉该单词，返回步骤2

步骤5）读取前一个字到word中，构成新单词，转到步骤3）

词库的内存数据结构和词库中单词的匹配算法

内存中单词采用层次结构保存

假设字典中有如下的单词：中国 中华民国 国家 人民 民主

在内存中按照如下方式按层排列，其中每一个方块代表一个字，箭头所指向为该单词的前一个字

关于SQLServer数据库原理的小问题

差别不大，一般的数据库都要有登录这个过程，通过用户名口令校验，保证访问数据库的安全性

access属于桌面数据库，默认是没有口令保护的

oracle数据库原理是什么,是C/S?

数据库除了系统表外，平时运用的就是对日志和数据文件的存储。SQLSERVER和sybase存储方式是一样的，是利用存储设备对日志和数据文件进行存储，oracle是利用表空间对日志和数据文件进行存储；无论是sqlserver，Sybase还是oracle都有服务器端和客户端的区分，客户端访问服务器端，需要服务器端监听服务的正确开启，需要sqlnet.ora，listener.ora和tnsnames.ora的正确配置。举个简单的例子，如果一台oracle客户端机器访问oracle服务器端，需要配置监听，同样在oracle客户端上配置odbc，让excel可以读到oracle服务器端的数据，也需要配置监听服务，各种数据库的服务器端和客户端的工作模式是一样的。

JDBC的工作原理是什么？

JDBC是Sun公司制定的一个可以用Java语言连接数据库的技术。

JDBC工作原理主要分3个步骤:1、加载数据库驱动。2、获取数据库连接。3、发送sql语句访问数据库 。

1、加载数据驱动：使用Class.forName方法，调用这个方法会加载数据库驱动com.MySQL.jdbc.driver。

关于数据库驱动的理解，其实是sun公司给了一个Driver的接口，然后各个数据厂商根据自己的数据库

来实现这个接口。当要访问数据库的时候，需要引入这个第三方类库。类的加载主要分为5个部分，

加载、验证、准备、解析、初始化。在初始化的部分用到了DriverManager.registerDriver()方法，将

自己注册给DriverManager的Driver接口。这个地方体现了多态。这个时候就可以使用Driver了。

2、获取数据库连接DriverManager.getConnection()。这个方法主要调用driver的connect（）方法

返回一个实现了Connection接口的对象。

3、然后利用Connection对象创建Statement，发送sql语句访问数据库。

延伸：JDBC基础知识

JDBC（Java DataBase Connectivity,java数据库连接）是一种用于执行SQL语句的Java API，可以为多种关系数据库提供统一访问，它由一组用Java语言编写的类和接口组成。JDBC为数据库开发人员提供了一个标准的API，据此可以构建更高级的工具和接口，使数据库开发人员能够用纯 Java API 编写数据库应用程序，并且可跨平台运行，并且不受数据库供应商的限制。

1、跨平台运行：这是继承了Java语言的“一次编译，到处运行”的特点；

2、不受数据库供应商的限制：巧妙在于JDBC设有两种接口，一个是面向应用程序层，其作用是使得开发人员通过SQL调用数据库和处理结果，而不需要考虑数据库的提供商；另一个是驱动程序层，处理与具体驱动程序的交互，JDBC驱动程序可以利用JDBC API创建Java程序和数据源之间的桥梁。应用程序只需要编写一次，便可以移到各种驱动程序上运行。Sun提供了一个驱动管理器，数据库供应商——如MySQL、Oracle，提供的驱动程序满足驱动管理器的要求就可以被识别，就可以正常工作。所以JDBC不受数据库供应商的限制。

JDBC API可以作为连接Java应用程序与各种关系数据库的纽带，在带来方便的同时也有负面影响，以下是JDBC的优、缺点。优点如下：

· 操作便捷：JDBC使得开发人员不需要再使用复杂的驱动器调用命令和函数；

· 可移植性强：JDBC支持不同的关系数据库，所以可以使同一个应用程序支持多个数据库的访问，只要加载相应的驱动程序即可；

· 通用性好：JDBC-ODBC桥接驱动器将JDBC函数换成ODBC；

· 面向对象：可以将常用的JDBC数据库连接封装成一个类，在使用的时候直接调用即可。

缺点如下：

· 访问数据记录的速度受到一定程度的影响；

· 更改数据源困难：JDBC可支持多种数据库，各种数据库之间的操作必有不同，这就给更改数据源带来了很大的麻烦

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简介：《SQL Server数据库原理及 应用》以综合应用实例为主线同绕7个项目，将课程 的知识要点分解到各个项目中。教材以项目为依 托，项目实施从独立分项的技术实践向综合性的项目 实践跃进，在教学中突出体现培养学生的岗位职业能 力和综合素质能力。  

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