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  • 列存储索引
    千次阅读
    2015-08-25 13:56:44

    作者 Jonathan Allen,译者 谢丽

    SQL Server 2016的一项新特性是可以在“内存优化表(Memory Optimized Table)”上添加“列存储索引(Columnstore Index)”。要理解这是什么意思,我们应该首先解释术语列存储索引和内存优化表。

    列存储索引是一种按照列而不是行组织数据的索引。每个数据块只存储一个列的数据,最多包含100万行。因此,如果数据为5列1000万行,那么就需要存储在50个数据块中。当只查询部分列时,这种数据组织策略特别有效,因为数据库不会从磁盘读取用户不关心的列。

    列存储索引比表扫描要快得多,但没有传统的B树索引那么快。这特别适合于那种无法预测需要什么索引的即时报表。

    内存优化表正如它的名字, 它是一个经过优化并一直驻留在内存中的表。这有许多好处,比如锁无关写,但它也有很大的局限性。比如,只允许有8个索引,这对于用于即时查询的表而言限制太大。

    SQL Server 2016部分地弥补了这种限制,它允许那8个索引中的其中一个为列存储索引。但要遵循如下规则:
    •像内存优化表上的其它索引一样,列存储索引必须在表创建时定义。
    •列存储索引必须包含基表中的所有列。(在普通表上的列存储索引不存在这种限制。)
    •列存储索引必须包含基表中的所有行。换言之,它不能是“筛选索引(filtered index)”。

    一个与内存优化表相关的特性是创建本地编译查询。数据库使用C编译器将这些查询编译成了机器码,而不使用SQL Server解释器。使用列存储索引的查询可以使用这个选项,而不用总是通过解释器运行。

    查看英文原文SQL Server 2016: In-Memory Columnstore Indexes

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    参考:msdn  cnblogs

    简介

    SQL Server2012中只有非聚集的列存储索引(只读),从SQL Server2014开始有聚集的列存储索引(可更新),但2014依然不可以更新非聚集列存储索引。SQL Server2016+ 中可以更新非聚集列存储索引。


    列存储
    “列存储”是在逻辑上组织为包含行和列的表、在物理上以按列数据格式存储的数据。


    行存储
    “行存储”是在逻辑上组织为包含行和列的表、在物理上以按行数据格式存储的数据。 这是存储关系表数据的传统方法。 在 SQL Server 中,行存储是指基础数据存储格式为堆、聚集索引或内存优化表的表。


    行组
    “行组”是同时压缩为列存储格式的一组行。 每个行组通常可包含的最大行数是 1,048,576 行。


    增量存储
    “增量存储”仅用于聚集列存储索引,它是一个聚集索引,可以不断地存储行,并在行数达到某个阈值后,将行移入列存储,从而提高列存储压缩率和性能。


    在大容量加载期间,大多数行直接转到列存储,而不通过增量存储中转。 在大容量加载结束时,某些行的数量可能无法满足行组的最小大小要求(即 102,400 行)。 在发生这种情况时,将最后的这些行转到增量存储而非列存储中。 对于少于 102,400 行的较小的大容量加载,所有行都直接转到增量存储中。


    非聚集列存储索引
    “非聚集列存储索引”和聚集列存储索引在功能上相同。 不同之处在于,非聚集索引是在行存储表上创建的辅助索引,而聚集列存储索引是整个表的主存储。


    为何要使用列存储索引?
    列存储索引可提供极高的数据压缩级别(通常是传统方法的 10 倍),从而明显降低数据仓库存储成本。 此外,对于分析,它们提供的性能比 btree 索引高出一个量级。 它们是数据仓库和分析工作负载的首选数据存储格式。


    如何在行存储索引与列存储索引之间做出选择?
    行存储索引最适合用于查找数据、搜索特定值的查询,或者针对较小范围的值执行的查询。 可对事务工作负载使用行存储索引,因为这些工作负载往往需要进行表查找而不是表扫描。


    对于扫描大量数据(尤其是大型表中)的分析查询,列存储索引可提高性能。 可对数据仓库和分析工作负载(尤其是对事实数据表)使用列存储索引,因为它们往往需要进行全表扫描而不是表查找。


    是否可以在同一个表中组合行存储与列存储?
    是。 从 SQL Server 2016开始,你可以在行存储表上创建可更新的非聚集列存储索引。 列存储索引将存储所选列的副本,因此你确实需要为此准备额外的空间,但是,数据的压缩率平均可提高 10 倍。 如果采取这种做法,你可以同时对列存储索引以及行存储索引上的事务运行分析。 当行存储表中的数据更改时,列存储将会更新,因此这两个索引适用于相同的数据。


    从 SQL Server 2016开始,你可以对一个列存储索引使用一个或多个非聚集行存储索引。


    限制:

    1. 最多支持1024列在你的索引中;
    2. 列存储索引不能被定义为唯一性索引;
    3. 不能创建视图;
    4. 不能包含稀疏列;
    5. 不能使用ALTER INDEX来修改索引,只能drop然后重新创建;(SQL Server2016+可以)
    6. 不能使用INCLUDE关键字。
    7. 不能排序列;
    8. 不能使用FILESTREAM属性。
    9. 当然还有一些数据类型不能包含在列存储索引中(binary , varbinary , ntext , text, , image, varchar(max) , nvarchar(max), uniqueidentifier, rowversion , sql_variant,精度大于18 的decimal,CLR 和xml等)


    创建列存储索引:

    --SQL Server2014
    USE tempdb
    GO
    IF OBJECT_ID('t') IS NOT NULL
    DROP TABLE t
    GO
    CREATE TABLE t(
    	id INT NOT NULL
    	,n NVARCHAR(50)
    )
    GO
    --如果有主键,则列聚集存储索引无法创建成功
    ALTER TABLE t ADD CONSTRAINT PK_t PRIMARY KEY (id)
    CREATE UNIQUE INDEX UQ_t_id ON t(id)
    CREATE INDEX ix_t_id ON t(id)
    
    CREATE NONCLUSTERED columnstore INDEX ix_column_t_1 ON t(id,n)
    CREATE NONCLUSTERED columnstore INDEX ix_column_t_2 ON t(id,n)
    /*
    不支持多个非聚集列存储索引。
    */
    --非聚集列存储索引,无法插入数据
    --注:在 SQL Server2016+ 中是可以插入的
    INSERT INTO t VALUES(1,2)
    /*
    由于不能在包含非聚集列存储索引的表中更新数据,INSERT 语句失败。请考虑在发出 INSERT 语句前禁用该列存储索引,然后在完成 INSERT 后重新生成该列存储索引。
    */
    --列存储索引不需要包含任何列
    CREATE CLUSTERED columnstore INDEX ix_column_t_2 ON t
    /*
    不能对 表“t”创建多个聚集索引。请考虑使用 "with (drop_existing = on)" 选项创建新聚集索引。
    */
    ALTER TABLE t DROP CONSTRAINT PK_t
    CREATE CLUSTERED columnstore INDEX ix_column_t_2 ON t
    /*
    CREATE INDEX 语句失败,因为无法对具有非聚集列存储索引的表创建聚集列存储索引。请考虑删除所有非聚集索引,然后重试。
    */
    DROP INDEX ix_t_id ON t
    DROP INDEX UQ_t_id ON t
    DROP INDEX ix_column_t_1 ON t	--注:列非聚集索引也得删除,才能创建 聚集列存储索引
    --
    CREATE CLUSTERED columnstore INDEX ix_column_t_2 ON t
    

    其实性能提升才是关键, 但由于限制太多, 累觉不爱(很多大表都带有 nvarchar(max) 类型字段,无法使用) 。


     

    展开全文
  • SQLServer 2012 列存储索引

    千次阅读 2015-09-19 17:17:28
    SQL Server 数据库引擎中的列存储索引可用于显著加快常见数据仓库查询的处理时间。 典型的数据仓库工作负荷涉及汇总大量数据。 在数据仓库和决策支持系统中通常用于提高性能的技术包括预先计算的汇总表、索引视图、...

    SQL Server 数据库引擎中的列存储索引可用于显著加快常见数据仓库查询的处理时间。 典型的数据仓库工作负荷涉及汇总大量数据。 在数据仓库和决策支持系统中通常用于提高性能的技术包括预先计算的汇总表、索引视图、OLAP 多维数据集等。 尽管这些技术可极大提高查询处理的速度,但这些技术可能不灵活、难于维护并且必须针对每个查询问题进行专门设计。


    数据类型的限制:

    ◆ char 和varchar
    ◆ nchar 和 nvarchar(varchar(max) 和 nvarchar(max) 除外)
    ◆ decimal (和 numeric)(精度大于 18 位的情况除外。)
    ◆ int 、bigint、smallint 和 tinyint
    ◆ float (和 real)
    ◆ bit
    ◆ money 和smallmoney
    ◆ 所有日期和时间数据类型(标量大于 2 的 datetimeoffset 除外)


    索引对象限制:

    ◆ 包含的列数不能超过 1024。
    ◆ 无法聚集。 只有非聚集列存储索引才可用。
    ◆ 不能是唯一索引。
    ◆ 不能基于视图或索引视图创建。
    ◆ 不能包含稀疏列。
    ◆ 不能作为主键或外键。
    ◆ 不能使用 ALTER INDEX 语句更改。 而应在删除后重新创建列存储索引。 (您可以使用 ALTER INDEX 禁用和重新生成列存储索引。)
    ◆ 不能使用 INCLUDE 关键字创建。
    ◆ 不能包括用来对索引排序的 ASC 或 DESC 关键字。 根据压缩算法对列存储索引排序。 不允许在索引中进行排序。 可能按照搜索算法对从列存储索引中选择的值进行排序,但是您必须使用 ORDER BY 子句来确保对结果集进行排序。
    ◆ 不以传统索引的方式使用或保留统计信息。
    ◆ 不能包含具有 FILESTREAM 属性的列。 表中未在索引中使用的其他列可以包含 FILESTREAM 属性。


    列存储索引不能与以下功能结合使用:

    ◆ 页和行压缩以及 vardecimal 存储格式(列存储索引已采用不同格式压缩)。
    ◆ 复制
    ◆ 更改跟踪
    ◆ 变更数据捕获
    ◆ 文件流


    影响列存储索引的查询性能条件:

    ◆ 因为数据没有聚合,所以结果集较大。 (返回一个大型结果集在本质上会比返回一个小结果集更慢。)
    ◆ 没有联接、筛选或聚合。 在这种情况下,没有批处理。 因此,列存储索引的优点只限于压缩和读取较少列而已。
    ◆ 两个大型表必须以创建大型哈希表的方法联接在一起,而这些大型哈希表在内存中放不下,必须溢出到磁盘。
    ◆ 返回许多列,这将导致检索更多的列存储索引。
    ◆ 列存储索引表的联接条件表包括多个列。


    更多参考:列存储索引


    列存储索引创建语法:CREATE COLUMNSTORE INDEX (Transact-SQL)

    CREATE [ NONCLUSTERED ] COLUMNSTORE INDEX index_name 
        ON <object> ( column  [ ,...n ] )
        [ WITH ( <column_index_option> [ ,...n ] ) ]
        [ ON {
               { partition_scheme_name ( column_name ) } 
               | filegroup_name 
               | "default" 
             }
        ]
    [ ; ]
    
    <object> ::=
    {
        [database_name. [schema_name ] . | schema_name . ]
         table_name
    {
    
    <column_index_option> ::=
    {
          DROP_EXISTING = { ON | OFF }
        | MAXDOP = max_degree_of_parallelism
     }


    创建测试:

    创建表并创建列存储索引:

    --	DROP TABLE DemoTab
    select * into DemoTab from sys.sysobjects
    
    select * from DemoTab
    
    CREATE NONCLUSTERED COLUMNSTORE INDEX CIX_DemoTab ON DBO.DemoTab (name)
    GO
    
    CREATE NONCLUSTERED COLUMNSTORE INDEX CIX_DemoTab 
    ON DBO.DemoTab (name)
    WITH (DROP_EXISTING = ON ,MAXDOP = 0)
    ON "default"
    GO

    查看列索引数据存储类型:

    DBCC TRACEON(3604,-1)
    DBCC IND('DemoDB','DemoTab',-1)


    可以看到,列存储索引是存储在 大对象数据页( LOB data)上的。


    查看索引列的IO情况:

    set statistics io on
    
    select name from DemoTab
    select name from DemoTab where name = 'sysfos'
    select name from DemoTab order by name
    select name,COUNT(*) from DemoTab group by name



    上面的几个查询中,逻辑读都为10,而且都使用了列存储索引。如果不想属于列存储索引,可以设置查询提示 IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX

    select name from DemoTab option(IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX)
    select name from DemoTab where name = 'sysfos' option(IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX)
    select name from DemoTab order by name option(IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX)
    select name,COUNT(*) from DemoTab group by name option(IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX)
    


    此时发现,不使用列存储时IO反而变小了!性能并没有提升!原因是数据量太少了!


    列存储表中插入数据:

    现在增加更多数据,提示以下错误

    insert into DemoTab select * from DemoTab
    Msg 35330, Level 15, State 1, Line 1
    INSERT statement failed because data cannot be updated in a table with a columnstore index. Consider disabling the columnstore index before issuing the INSERT statement, then rebuilding the columnstore index after INSERT is complete.


    列存储中是禁止插入数据的,这就使该表为只读访问。因此列存储的使用一般在数据仓库或其他静态表中使用。

    若就行插入数据,必须把索引禁止,插入数据后在重建索引。

    alter index CIX_DemoTab on DBO.DemoTab disable
    go
    insert into DemoTab select * from DemoTab
    go 10	 --重复10次
    alter index CIX_DemoTab on DBO.DemoTab rebuild
    go

    此时在对比使用列存储索引和不使用的区别:

    set statistics io on
    
    select name from DemoTab
    select name from DemoTab option(IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX)
    

    这时查看,IO的差异就非常明显了!使用列存储省去了很多IO读取,也省下了内存空间的使用。


    复合列的列存储索引:

    刚才测试列存储索引只使用单列字段,现在使用复合字段。

    DROP INDEX CIX_DemoTab ON DBO.DemoTab
    GO
    CREATE NONCLUSTERED COLUMNSTORE INDEX CIX_DemoTab ON DBO.DemoTab (id,name,crdate)
    GO

    执行以下查询。

    select id from DemoTab
    select name from DemoTab
    select crdate from DemoTab
    select id,name,crdate from DemoTab

    其实没列的IO已经确定了,查询列存储中的索引列时,IO为各个列IO的总和。通过上面的执行,可以发现, 使用列存储时都是使用列存储扫描,因为查询需要查询整列数据


    若使用任何不在列存储中的列,将不会使用列存储,IO将可能增大很多!如下

    select id,name,crdate from DemoTab WHERE id = 79 and xtype = 'U'
    select id,name,crdate,xtype from DemoTab WHERE id = 79



    按列查询IO那么好,把所有列都创建索引会怎样呢??

    DROP INDEX CIX_DemoTab ON DBO.DemoTab
    GO
    CREATE NONCLUSTERED COLUMNSTORE INDEX CIX_DemoTab 
    ON DBO.DemoTab (name,id,xtype,uid,info,status,base_schema_ver,replinfo
    ,parent_obj,crdate,ftcatid,schema_ver,stats_schema_ver,type,userstat,
    sysstat,indexdel,refdate,version,deltrig,instrig,updtrig,seltrig,category,cache)
    GO
    

    select * from DemoTab
    select * from DemoTab option(IGNORE_NONCLUSTERED_COLUMNSTORE_INDEX)
    

    IO果然都很少了!无论怎么查询,按列查数据IO都比之前的少!


    但是如果用聚集索引!还是聚集索引有优势!~


    更多参考:列存储索引




    展开全文
  • SQL Server 2016 列存储索引功能增强

    千次阅读 2016-06-16 15:21:56
    列存储索引(columnstore index)在SQL Server 2012中已经引入,其带来性能提升的同时也有很多限制,比如对带有列存储索引的表进行INSERT, UPDATE和DELETE时,会遇到如下错误提示: 由于这种限制,索引列存储索引...
    

    列存储索引(columnstore index)在SQL Server 2012中已经引入,其带来性能提升的同时也有很多限制,比如对带有列存储索引的表进行INSERT, UPDATEDELETE时,会遇到如下错误提示:


    由于这种限制,索引列存储索引并不太适合在SQL Server 2012 OLTP DB中应用。不过,SQL Server 2016对列存储索引做了很多改进,其中我觉得最大的变化是可更新的列存储索引,即可以直接对带有列存储索引的表进行INSERT, UPDATEDELETE,因此,我们可以在SQL Server 2016环境中尝试应用这以功能,已提升查询性能。若想具体了解列存储索引的概念、特征、创建及使用,可参考我之前整理的Blog

    SQL 2016环境测试的过程中,我发现列存储索引对于有聚集函数的T-SQL,有很好的性能提升,比如下面这个示例,性能提升约15

    JOIT表有1500833笔记录,复制一份到JOIT_CSI表,2张表的唯一区别是JOIT_CSI有非聚集列存储索引, 在统计列SERNUM个数的查询中,可以发现JOIT需要7210ms,而JOIT_CSI只有463ms,性能提升约15倍。感兴趣的,可以去发掘其他性能提升的最佳实践。




    展开全文
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