SQL 中的列存储索引

介绍

SQL中的列存储索引是一种专门的数据库功能，可以在某些场景下显着提高查询性能和数据压缩。它们旨在解决与处理数据仓库和分析工作负载中的大量数据相关的性能和存储挑战。本文将深入探讨 SQL 中列存储索引的历史、内部结构、主要特性、类型、用法和未来前景。

历史与起源

SQL 中的列存储索引由 Microsoft 在 SQL Server 2012 发布时首次引入。作为列存储索引基础的列式存储的概念可以追溯到 20 世纪 70 年代。然而，随着大数据的兴起以及对更好的数据压缩和查询性能的需求，它在 2000 年代中期开始流行。 Microsoft 列存储索引的实现标志着这一领域的重大进步，使其成为许多现代数据库管理系统的标准功能。

有关 SQL 中列存储索引的详细信息

列存储索引是一种按列组织和存储数据的技术，而不是传统的基于行的存储。在基于行的存储中，表中的数据是逐行存储和检索的。相比之下，使用列存储索引，每列中的数据都一起存储和处理，从而提高了压缩率并提高了分析查询的性能。

列存储索引非常适合读取密集型工作负载，其中查询涉及大量数据和聚合。它们可以显着加速需要扫描和处理大型数据集的报告、数据仓库和分析查询。

内部结构和功能

列存储索引的内部结构基于列段和字典。列段是每列的数据压缩单元。它由一组值以及一系列元数据（包括最小值和最大值）组成，以方便数据检索。

字典用于压缩列中的重复值。字典不是多次存储实际值，而是存储唯一值及其对应的 ID，从而减少存储要求并提高查询性能。

列存储索引利用一种称为批处理的技术来有效地扫描和处理大型数据集。它一次对多行执行操作，从而增强了分析查询的性能。

SQL 中列存储索引的主要特性

• 数据压缩：列存储索引由于其列式存储格式和基于字典的压缩技术而显着降低了数据存储要求。

• 批处理模式：批量处理数据的能力，而不是逐行处理数据的能力，可以更快地执行大型数据集的查询。

• 谓词下推：列存储索引支持谓词下推，这意味着查询优化器可以在检索数据之前在存储级别过滤数据，进一步增强查询性能。

• 矢量化执行：对整个数据向量的操作同时执行，从而提高查询执行速度。

SQL 中列存储索引的类型

SQL中有两种类型的列存储索引：

1. 聚集列存储索引 (CCI):

   • 每个表只能有一个 CCI。
   • 整个表被转换为压缩的列格式。
   • 非常适合大型数据仓库和分析工作负载。

2. 非聚集列存储索引 (NCCI):

   • 可以在单个表上创建多个 NCCI。
   • 仅选定的列会转换为压缩的列格式，其余的仍保留基于行的格式。
   • 适用于某些列比其他列查询更频繁的场景。

下表总结了 CCI 和 NCCI 之间的差异：

使用情况、挑战和解决方案

列存储索引对于涉及大规模数据处理的分析查询非常有益。但是，它们可能不适合 OLTP（在线事务处理）工作负载，因为该工作负载涉及频繁的小规模事务和更新。在这种情况下，传统的基于行的索引表现更好。

列存储索引面临的挑战包括：

• 插入和更新性能：与基于行的索引相比，列存储索引的插入和更新性能可能会较慢，因为它们需要批量加载数据才能获得最佳性能。

• 达美商店：为了有效地处理更新，SQL Server 为未提交的数据维护一个增量存储，这些数据会定期合并到主列存储中。此过程可能会影响合并期间的查询性能。

这些挑战的解决方案包括：

• 批量更新：大批量执行更新可以通过降低 Delta Store 合并频率来提高性能。

• 数据分割：将数据分割成更小的单元有助于加快插入和更新操作。

特点与比较

让我们将列存储索引与类似的数据库功能进行比较：

前景和未来技术

随着数据继续呈指数级增长，列存储索引仍将是现代数据库的重要组成部分。未来的进步可能集中于解决与更新相关的挑战并提供更高效的压缩算法。

SQL 中的代理服务器和列存储索引

OneProxy 提供的代理服务器可以增强使用列存储索引的 SQL Server 部署的性能。通过代理服务器路由 SQL 查询，组织可以减轻一些处理开销，并有可能改善远程客户端的响应时间。此外，OneProxy 的负载平衡功能可以帮助均匀分布查询，优化资源使用。

相关链接

有关 SQL 中的列存储索引的更多信息，请参阅以下资源：

• 有关列存储索引的 Microsoft 文档
• SQL Server Central：列存储索引简介
• SQL Server 中的数据压缩