Bitmap Index

شاخص Bitmap در SQL

شاخص Bitmap یک نوع خاص از شاخص در پایگاه داده های SQL است که برای بهبود عملکرد جستجو در مجموعه های خاصی از مقادیر استفاده می شود. برخلاف شاخص های B-Tree یا Hash که به طور مستقیم به ردیف های جدول اشاره می کنند، شاخص Bitmap اطلاعات خلاصه ای را در مورد توزیع مقادیر در یک ستون خاص ذخیره می کند.

نحوه عملکرد شاخص Bitmap

فرض کنید جدولی به نام “Customers” با ستونی به نام “Country” داریم. یک شاخص Bitmap برای ستون “Country” به صورت زیر عمل می کند:

1. ایجاد بیت مپ: برای هر مقدار متمایز در ستون “Country” یک بیت (بیت ۰ یا ۱) در نظر گرفته می شود.
2. ردیف های مرتبط: برای هر ردیف در جدول، بیت مربوط به مقدار “Country” آن ردیف، روی ۱ تنظیم می شود.
3. جستجو با Bitmap: هنگام جستجوی مقادیر خاص در ستون “Country”، شاخص Bitmap بیت های مربوط به مقادیر جستجو شده را بررسی می کند.
   • اگر بیت ۱ باشد، به این معنی است که ردیف هایی در جدول وجود دارند که مقدار “Country” آنها با مقدار جستجو مطابقت دارد.
   • اگر بیت ۰ باشد، به این معنی است که هیچ ردیفی در جدول با مقدار جستجو مطابقت ندارد.

با استفاده از این بیت مپ، موتور پایگاه داده می تواند به سرعت ردیف های بالقوه را بدون نیاز به اسکن کل جدول شناسایی کند.

مزایای شاخص Bitmap

• جستجوی سریع در مجموعه های خاص: شاخص Bitmap برای پرس و جوهای عضویت در مجموعه (IN) که شامل مجموعه ای از مقادیر است، بسیار کارآمد است.
• کاهش I/O: از آنجایی که شاخص Bitmap به طور کلی کوچکتر از کل داده های جدول است، خواندن از حافظه ذخیره سازی را کاهش می دهد و عملکرد را بهبود می بخشد.
• پشتیبانی از چندین مقدار: شاخص Bitmap می تواند به طور همزمان برای جستجوی مجموعه ای از مقادیر استفاده شود.

معایب شاخص Bitmap

• مناسب برای ستون های با کاردینالیته پایین (تعداد مقادیر متمایز): اگر تعداد مقادیر متمایز در ستون زیاد باشد، شاخص Bitmap می تواند حجیم شود و کارایی خود را از دست بدهد.
• هزینه نگهداری: درج، حذف و به روز رسانی داده ها در جدولی با شاخص Bitmap می تواند کمی بیشتر طول بکشد، زیرا شاخص Bitmap نیز باید به روز شود.
• غیرقابل استفاده برای همه پرس و جوها: شاخص Bitmap برای جستجوی دقیق و محدوده مفید نیست.

موارد استفاده از شاخص Bitmap

• پرس و جوهایی که شامل عضویت در مجموعه (IN) با مجموعه ای از مقادیر هستند.
• فیلتر کردن داده ها بر اساس چندین مقدار در یک ستون خاص.
• تجزیه و تحلیل داده ها برای شناسایی توزیع مقادیر در یک ستون.

در کل، شاخص Bitmap یک ابزار مفید برای بهبود عملکرد پرس و جوهای خاص در پایگاه داده های SQL است. با این حال، مهم است که معایب آن را در نظر بگیرید و انتخاب کنید که آیا برای سناریوی خاص شما مناسب است یا خیر.

مثال استفاده از شاخص Bitmap در SQL

فرض کنید جدولی به نام “Customers” با ستون های “id”, “name”, “email”, “country” و “city” داریم.

می خواهیم پرس و جویی را برای یافتن تمام مشتریانی که در کشور “ایران” یا “امارات متحده عربی” زندگی می کنند انجام دهیم.

بدون شاخص Bitmap:

SELECT * FROM Customers
WHERE country IN ('ایران', 'امارات متحده عربی');

در این حالت، موتور پایگاه داده باید کل جدول “Customers” را اسکن کند تا ردیف هایی را که شرط “WHERE” را برآورده می کنند پیدا کند. این امر می تواند برای جداول بزرگ با تعداد زیادی رکورد زمان بر باشد.

با شاخص Bitmap:

CREATE INDEX idx_country_bitmap ON Customers (country);

SELECT * FROM Customers
WHERE country IN ('ایران', 'امارات متحده عربی');

در این حالت، موتور پایگاه داده ابتدا شاخص Bitmap را برای ستون “country” بررسی می کند.

• اگر بیت های مربوط به “ایران” و “امارات متحده عربی” ۱ باشند، موتور پایگاه داده می داند که ردیف هایی در جدول وجود دارند که شرط “WHERE” را برآورده می کنند.
• سپس، فقط آن ردیف ها را از جدول اسکن می کند و آنها را به عنوان نتیجه پرس و جو برمی گرداند.

استفاده از شاخص Bitmap می تواند به طور قابل توجهی عملکرد این پرس و جو را برای جداول بزرگ با تعداد زیادی رکورد بهبود بخشد.

نکات:

• در این مثال، فرض می کنیم که تعداد مقادیر متمایز در ستون “country” زیاد نیست. اگر اینطور بود، استفاده از شاخص Bitmap ممکن است به اندازه مثال بالا کارآمد نباشد.
• برای عملکرد بهینه، شاخص Bitmap باید به درستی نگهداری شود. این به معنای به روز رسانی آن در هنگام درج، حذف و به روز رسانی داده ها در جدول است.