Чтение онлайн

При выполнении запроса к базе данных, в условие поиска которого входит индексированный столбец, поиск значений производится в первую очередь в индексе. Если этот поиск оказывается успешным, то в индексе устанавливается точное местоположение искомых данных в таблице базы данных.

Рассмотрим пример индекса. На рис. 4.1 показан фрагмент таблицы СТУДЕНТЫ и индекса, построенного по полю Имя данной таблицы. При выполнении поиска по имени студента, просматривая индекс, можно сразу определить порядковый номер записи, содержащей необходимую информацию, и затем быстро найти в таблице сами данные. Если бы у таблицы отсутствовал индекс по полю Имя, то выполнение поиска по имени студента потребовало бы просмотра всей таблицы. Таким образом, использование индексов сокращает время выборки данных.

Рис. 4.1. Поиск информации в таблице с помощью индекса.

Примечание.

Ускорение поиска информации при использовании индекса может показаться неочевидным – ведь количество записей в индексе совпадает с количеством записей в таблице. Однако следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, обращение к индексу выполняется быстрее, чем к таблице, во-вторых, в индексе записи хранятся в упорядоченном виде (в рассматриваемом примере – в алфавитном порядке) и поэтому при поиске информации в индексе нет необходимости просматривать все данные до конца индекса.

Различают несколько типов индексов. Наиболее часто выделяют три типа:

• простые;

• составные;

• уникальные.

Простые индексы представляют собой простейший и вместе с тем наиболее распространенный тип индекса. Простой индекс строится на основе только одного столбца реляционной таблицы (индекс, приведенный на рис. 4.1, является простым).

Составные индексы строятся по двум и более столбцам реляционной таблицы. При создании составного индекса необходимо принимать во внимание, что последовательность столбцов, по которым создается индекс, влияет на скорость поиска данных.

Примечание.

Последовательность столбцов в составном индексе указывается при его создании и никаким образом не связана с последовательностью столбцов в таблице.

Можно назвать два условия оптимальности следования столбцов в составном индексе:

• первым следует помещать столбец, содержащий наиболее ограничивающее значение (то есть содержащий меньшее количество повторов);

• первым следует помещать столбец, содержащий данные, которые чаще задаются в условиях поиска.

Сформулированные условия оптимальности часто являются противоречивыми, так что между ними следует находить разумный компромисс.

Уникальные индексы не допускают введения в таблицу дублирующих значений. Уникальные индексы используются не только с целью повышения скорости поиска, но и для поддержания целостности данных. Уникальный индекс может быть как простым, так и составным.

Примечание.

Следует серьезно относиться к планированию индексов. Неправильное применение индексов может привести к снижению производительности системы. Мы уже говорили о том, что физическое местоположение записей может изменяться в процессе редактирования данных пользователями, а также в результате манипуляций с файлами базы данных, проводимых самой СУБД (таких как сжатие данных, сборка «мусора» и др.). Обычно при этом происходят соответствующие изменения в индексе, а это увеличивает время, требующееся СУБД для проведения таких операций. Поэтому, как правило, не следует индексировать столбцы, данные в которых подвержены частому изменению; столбцы, содержащие большое количество пустых значений; столбцы, содержащие небольшое количество уникальных значений; небольшие таблицы и столбцы большого размера.

Нормализация данных

Нормализация представляет собой процесс реорганизации данных путем ликвидации повторяющихся групп и иных противоречий с целью приведения таблиц к виду, позволяющему осуществлять непротиворечивое и корректное редактирование данных.

Окончательная цель нормализации сводится к получению такого проекта базы данных, в котором каждый факт появляется лишь в одном месте, то есть исключена избыточность информации. Таким образом, нормализацию можно также определить как процесс, направленный на снижение избыточности информации в реляционной базе данных.

Цели нормализации

Избыточность информации устраняется не столько с целью экономии памяти, сколько для исключения возможной противоречивости хранимых данных и упрощения управления ими.

Использование ненормализованных таблиц может привести к нарушению целостности данных (непротиворечивости информации) в базе данных. Обычно различают следующие проблемы, возникающие при наличии ненормализованных таблиц:

• избыточность данных;

• аномалии обновления;

• аномалии удаления;

• аномалии ввода.

Чтобы проиллюстрировать проблемы, возникающие при работе с ненормализованными базами данных, рассмотрим в качестве примера таблицу СОТРУДНИКИ, содержащую информацию о сотрудниках некой организации. Структура этой таблицы приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Структура ненормализованной таблицы СОТРУДНИКИ.

Избыточность данных

Избыточность данных проявляется в том, что в нескольких записях таблицы базы данных повторяется одна и та же информация. Например, один человек может работать на двух (или даже более) должностях. Но в таблице, приведенной на рис. 4.2, каждой должности соответствует запись, и в этой записи содержится информация о личных данных сотрудника, данную должность занимающего. Таким образом, если сотрудник работает на нескольких должностях, то его личные данные будут дублироваться несколько раз, что приведет к неоправданному увеличению занимаемого объема внешней памяти.

Аномалии обновления

Аномалии обновления тесно связаны с избыточностью данных. Предположим, что у сотрудника, работающего на нескольких должностях, изменился адрес. Чтобы информация, содержащаяся в таблице, была корректной, необходимо будет внести изменения в несколько записей. Если же исправление будет внесено не во все записи, то возникнет несоответствие информации, которое и называется аномалией обновления.

Аномалии удаления

Аномалии удаления возникают при удалении записей из ненормализованной таблицы. Пусть, например, в организации проводится сокращение штатов, и некоторые должности аннулируются. При этом следует удалить соответствующие записи в рассматриваемой таблице. Однако удаление приведет к потере информации о сотруднике, занимавшем эту должность. Такая потеря информации и называется аномалией удаления. (Для нашего случая можно привести и другой пример – удаление записи при увольнении сотрудника приведет к потере информации о должности, которую он занимал.)

Аномалии ввода

Аномалии ввода возникают при добавлении в таблицу новых записей и обычно имеют место, когда для некоторых полей таблицы заданы ограничения NOT NULL. В таблице, рассматриваемой в качестве примера, имеется поле Рейтинг, в котором содержится информация об уровне квалификации сотрудника, устанавливаемом по результатам его работы. При приеме на работу нового сотрудника установить уровень его квалификации невозможно, так он еще не выполнял никаких работ в организации. Если для этого поля задать ограничение NOT NULL, то в таблицу нельзя будет ввести информацию о новом сотруднике. Это и называется аномалией ввода.

Очевидно, что аномалии обновления, удаления и ввода крайне нежелательны. Чтобы свести к минимуму возможность появления такого рода аномалий, выполняется нормализация.

Нормальные формы

Теория нормализации основана на концепции нормальных форм. Каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если оно удовлетворяет свойственному данной форме набору ограничений.

В теории реляционных баз данных обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм: