[SQLD] 2과목 SQL 기본및 활용 - 3장 SQL 최적화 기본 원리 2절 인덱스 기본

[SQLD] 2과목 SQL 기본및 활용 - 3장 SQL 최적화 기본 원리 2절 인덱스 기본

1.인덱스 특징과 종류

- 인덱스는 원하는 데이터를 쉽게 찾을 수 있도록 돕는 책의 찾아보기와 유사한 개념.

- 테이블을 기반으로 선택적으로 생성할 수 있는 구조.

- 인덱스의 기본적인 목적은 검색 기능의 최적화이다.

가. 트리기반 인덱스

- DBMS에서 가장 일반적인 인덱스는 B-Tree 인덱스이다.

* B Tree 인덱스

- B Tree 인덱스는 브랜치블록과 리프블록으로 구성된다. 브랜치 블록 중에서 가장 상위에서 있는 블록을 루트 블록 이라고 한다. 브랜치 블록은 분기를 목적으로 하는 블록이다.

- 브랜치 블록은 다음 단계의 블록을 가리키는 포인터를 가지고 있다.

- 리프 블록은 인덱스를 구성하는 칼럼의 데이터와 데이터를 가지고있는 행의 위치를 가리키는 레코드 식별자(RID, Record Identifier/Rowid)로 구성되어 있다.

- 인덱스 데이터는 인덱스를 구성하는 칼럼의 값으로 정렬된다.(데이터의 값이 동일하면 레코드 식별자의 순서로 저장됨)

- 리프 블록은 양방향 링크를 가지고 있다.  이것을 통해 오름 차순과 내림 차순 검색을 쉽게 겁색할 수 있다.

- B Tree 인덱스는 =로 검색하는 일치 검색과 BETWEEN, >, 등과 같은 범위 검색에 모두 적합한 구조이다.

인덱스에서 원하는 값을 찾는 과정.

1단계: 브랜치 블록의 가장 왼쪽 값이 찾고자 하는 값보다 작거나 같으면 왼쪽포인터로 이동

2단계: 찾고자 하는 값이 브랜치 블록의 값 사이에 존재하면 가운데 포인터로 이동

3단계: 오른쪽에 있는 값보다 크면 오른쪽 포인터로 이동

이과정을 리프 블록을 찾을 때까지 반복한다. 리프 블록에서 찾고자 하는 값이 존재하면 해당 값을 찾을 것이고, 없으면 해당 값은 존재하지 않아 검색에 실패하게된다.

인덱스를 생성할 때 동일 칼럼으로 구성된 인덱스를 중복해서 생성할 수 없다. 

인덱스 구성칼럼은 동일하지만 순서가 서로 다르면 생성가능하다 ( JOB + SAL, SAL + JOB 가능)

오라클에서 트리 기반 인덱스에는 B-Tree 인덱스 이외에도 비트맵 인덱스, 리버스키 인덱스, 함수기반 인덱스 등이 존재한다.

나. SQL Server의 클러스터형 인덱스

- SQL Server의 인덱스 종류는 저장 구조에 따라 클러스터형 인덱스와 비클러스터형 인덱스로 나뉜다.

클러스터형 인덱스는 두 가지 중요한 특징이있다.

1. 인덱스의 리프 페이지가 곧 데이터 페이지다.

- 테이블 탐색에 필요한 레코드 식별자가 리프 페이지에 없다

(인덱스 키 칼럼과 나머지 칼럼을 리프페이지에 같이 저장하기 때문에 테이블을 랜덤 엑세스할 필요가 없다.)

- 클러스터형 인덱스의 리프 페이지를 탐색하면 해당 테이블의 모든 칼럼 값을 곧바로 얻을 수 있다.

2. 리프 페이지의 모든 로우는 인덱스 키 칼럼순으로 물리적으로 정렬되어 저장된다.

- 테이블 로우는 물리적으로 한 가지 순서로만 정렬될 수 있다. 그러므로 클러스터형 인덱스는 테이블당 한 개만 생성할 수 있다.

- 리프블록에 인덱스 키 칼럼 외에도 테이블의 나머지 칼럼이 모두 함께 있다.

2. 전체 테이블 스캔과 인덱스 스캔

가. 전체 테이블 스캔

- 전체 테이블 스캔 방식으로 데이터를 검색하는 것은 테이블에 존재하는 모든 데이터를 읽어 가면서 조건에 맞으면 결과로 추출하고 조건에 맞지 않으면 버리는 방식으로 검색한다.

- Oracle의 경우 검색조건에 맞는 데이터를 찾기 위해 테이블의 고수위마크(HWM) 아래의 모든 데이터를 읽는다.

- 고수위 마크는 테이블에 데이터가 쓰여졌던 블록 상의 최상위 위치를 의미한다.

- 전체 테이블 스캔 방식으로 데이터를 검색할 때 고수위 마크까지의 블록 내 모든 데이터를 읽어야 하기 때문에 모든 결과를 찾을 때까지 시간이 오래 걸릴 수 있다.

옵티마이저가 Full table scan을 선택하는 이유는 일반적으로 다음과 같다.

1) SQL문에 조건이 존재하지 않는 경우

- SQL문에 조건이 존재하지 않는다는 것은 테이블에 존재하는 모든데이터가 답이 된다는 의미이므로 테이블의 모든 블록을 읽으면서 무조건 결과로서 반환한다.

2) SQL문의 주어진 조건에 사용가능한 인덱스가 존재하지 않는 경우.

- 사용가능한 인덱스가 존재하지 않는다면 데이터를 엑세스할 수 있는 방법은 모든 데이터를 읽으면서 주어진 조건을 만족하는지를 검색하는 방법 뿐이다.

- 또한 사용가능한 인덱스는 존재하나 함수를 사용하여 인덱스 칼럼을 변경한 경우에도 인덱스를 사용할 수 없다.

3) 옵티마이저의 취사 선택

조건을 만족하는 데이터가 많을 경우 결과 데이터를 추출하기위해 테이블의 대부분 블록을 엑세스 한다고 옵티마이저가 판단하면 조건에 맞는 인덱스가 존재해도 전체 테이블 스캔 방식으로 읽을 수 있다.

4) 그 밖의 경우

- 병렬 처리 방식으로 처리할 경우 또는 전체 테이블 스캔 방식의 힌트를 사용한 경우 전체 테이블 스캔 방식으로 데이터를 읽을 수 있다.

나. 인덱스 스캔

- 인덱스 스캔은 인덱스를 구성하는 칼럼의 값을 기반으로 데이터를 추출하는 엑세스 기법.

- 인덱스는 인덱스 구성 칼럼의 순서로 정렬되어 있다. (A+B 구성의 인덱스일 경우 A 칼럼으로 정렬되고 A칼럼 값이 동일할 경우 B 칼럼으로 정렬된다. B 칼럼까지 동일한경우 RID로 정렬된다.)

- 인덱스 순서와 동일한 정렬 순서를 사용자가 원하는 경우 정렬작업을 수행하지 않을 수 있다.

1) Index Unique Scan (인덱스 유일 스캔)

유일 인덱스를 사용하여 단 하나의 데이터를 추출하는 방식. 유일 인덱스는 중복을 허락하지 않는 인덱스로 유일인덱스 구성 칼럼에 모두 '='로 값이 주어지면 결과는 최대 1건이 된다.

인덱스 유일 스캔은 유일 인덱스 구성칼럼에 대해 모두 '='로 값이 주어진 경우에만 가능한 인덱스 스캔방식이다.

2) Index Range Scan

- 인덱스 범위 스캔은 인덱스를 이용하여 한 건 이상의 데이터를 추출하는 방식

- 유일 인덱스의 구성 컬럼 모두에대해  '='로 값이 주어지지 않는 경우와 비유일 인덱스를 이용하여 모든 엑세스 방식은 인덱스 범위 스캔 방식으로 데이터를 엑세스 하는것이다.

3) 인덱스 역순 범위스캔은 리프블록의 양방향 링크를 통해 내림차순으로 데이터를 읽는 방식. 이 방식을 이용하여 Max Value를 쉽게 찾을 수 있다.

다. Full Table scan과 Index Scan 방식의 비용.

- 인덱스 스캔 방식은 사용가능한 적절한 인덱스가 있을 경우에만 이용할 수 있는 스캔방식 이지만 전체 테이블 스캔 방식은 인덱스의 존재 유무와 상관없이 항상 이용가능한 스캔방식.

- 인덱스 스캔은 인덱스에 존재하는 레코드 식별자를 이용해서 검색하는 데이터의 정확한 위치를 알고서 데이터를 읽는다. 그러므로 불필요하게 다른 블록을 더 읽을 필요가 없다.

 따라서 한번의 I/O 요청에 한 블록씩 데이터를 읽는다.

- 전체 테이블 스캔은 한번의 I/O 요청으로 여러 블록을 한꺼번에 읽는다.

* 데이터를 찾을 때 여러 대부분의 데이터를 읽을 거라면 한번에 여러 블록씩 읽는 전체 테이블 스캔 방식이 유리할 수 있다.