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深入解析 OceanBase 数据库中的局部索引和全局索引

引言

在分布式数据库中，索引的设计对于优化查询性能至关重要。OceanBase 作为一款高性能的分布式关系数据库，支持局部索引和全局索引两种索引类型。理解这两种索引的特点和适用场景，对于数据库开发人员提高系统性能、减少维护成本具有重要意义。

一、局部索引和全局索引的基本概念

1. 局部索引（Local Index）

局部索引是基于主表的分区而创建的索引，每个分区都有自己独立的索引段。索引的数据存储与主表的分区数据相对应，索引的分区方式与主表完全一致。这意味着当查询包含分区键时，数据库只需访问相关分区，提高了查询效率。

2. 全局索引（Global Index）

全局索引是跨越所有分区的索引，覆盖整个表的数据。它可以是非分区的，也可以采用与主表不同的分区规则。全局索引在某些查询场景下可以提供更好的性能，但其维护成本通常高于局部索引。

二、局部索引和全局索引的主要区别

• 分区规则：局部索引的分区规则与主表相同，全局索引则可以采用不同的分区规则。
• 物理存储位置：局部索引与主表分区存储在同一物理位置，全局索引的物理位置可能与主表不同，除非将其与主表指定在同一表组中。
• 维护成本：全局索引在数据更新、分区管理等操作中需要更多的维护工作，可能引入分布式事务，增加系统开销。

三、使用场景分析

1. 局部索引的适用场景

• 分区规则相同且分区数相同：当全局索引的分区规则与主表一致，且分区数量相同时，推荐使用局部索引。

  • 维护代价更小：局部索引的维护仅涉及对应的分区，避免了全局索引在跨分区时需要的复杂维护操作。
  • 物理位置一致：索引与数据存储在同一分区，提高了数据访问的本地性，减少了网络延迟。

• 查询条件包含完整的分区键：如果查询条件中包含了完整的分区键，局部索引能够直接定位到对应的分区，查询效率最高。

2. 全局索引的适用场景

• 数据量较大或容易出现索引热点：当数据量非常庞大时，单个索引的维护和查询成本会显著增加。通过创建全局分区索引，可以将索引数据分布在多个分区或节点上，减少单个节点或分区的压力，提高查询和维护的效率。此外，当某些分区或索引键值被频繁访问，导致资源集中消耗，形成所谓的“索引热点”时，创建全局分区索引可以将数据更均匀地分布在多个节点上，避免热点问题，提升系统的整体性能。

• 高频且精准命中的查询：对于需要高频访问特定记录的查询（如单记录查询），全局索引可以加速查询，减少 I/O 操作。这是因为全局索引覆盖了整个表的数据，而不局限于某个分区。当查询条件中没有包含分区键时，局部索引可能无法高效地定位到目标记录，需要在多个分区中扫描。而全局索引则可以直接查找到目标数据，无需跨分区访问，显著减少 I/O 操作并加快查询速度。对于需要频繁访问单条记录的场景，全局索引的这种特性可以极大地提升查询效率。

四、性能与维护成本比较

1. 范围查询性能

• 局部索引：在范围查询中，如果查询条件包含分区键，局部索引可以高效地在指定分区内执行，性能更优。
• 全局索引：对于不包含分区键的范围查询，全局索引可以跨分区查找，可能提供更好的性能。

2. DML 操作的开销

• 全局索引的额外开销：全局索引在数据更新（DML）操作中会引入额外的维护成本。
  • 跨机分布式事务：由于全局索引可能分布在不同的物理节点，数据更新时需要处理跨节点的分布式事务，增加了系统的复杂性。
  • 事务数据量影响：事务的数据量越大，分布式事务的处理就越复杂，可能导致性能下降。

五、最佳实践与建议

1. 根据查询模式选择索引类型

• 优先使用局部索引：如果查询主要基于分区键，局部索引可以提供最佳性能，且维护成本较低。
• 慎重使用全局索引：在需要支持不包含分区键的高频查询时，可以考虑全局索引，但需权衡其带来的维护开销。

2. 考虑数据分布和访问模式

• 避免索引热点：在可能出现数据或索引热点的情况下，使用全局分区索引并选择合适的分区策略，可以平衡负载。
• 优化分区策略：根据业务需求，设计合理的分区策略，使得数据和索引的访问尽可能均匀分布。

六、结论

局部索引和全局索引在 OceanBase 数据库中各有优劣。局部索引适合包含分区键的查询，维护成本低，但在跨分区查询中表现一般。全局索引适合不包含分区键的高频查询，可以提升查询性能，但会增加维护复杂度，特别是在 DML 操作中引入额外的分布式事务开销。

在实际应用中，数据库开发人员应根据具体的业务场景和查询模式，权衡选择合适的索引类型。合理的索引设计可以显著提升数据库的性能，降低系统的整体开销。