¿Qué es un índice de base de datos? ¿Por qué es importante?

Las bases de datos pueden contener miles, si no cientos de miles, de piezas de información. Clasificar esta información puede ser increíblemente lento tanto para humanos como para máquinas.

Al igual que un índice de un libro dirige a los usuarios a la página que buscan, un índice de base de datos ayuda a los usuarios y a las computadoras a navegar por una base de datos y encontrar rápidamente la información que necesitan.

Piense en el índice como una guía de referencia rápida, especialmente cuando se utiliza una base de datos MySQL. El objetivo de la indexación es filtrar millones de registros rápidamente para mejorar el rendimiento de las consultas.

Mientras que las bases de datos tradicionales utilizan métodos de indexación como B-trees para datos estructurados, las bases de datos vectoriales indexan datos de alta dimensión (como incrustaciones de texto o imágenes) para manejar eficientemente consultas complejas, permitiendo una recuperación más rápida y búsquedas de similitud.

Sin un índice, las consultas tendrán que recorrer la base de datos línea por línea hasta encontrar un resultado coincidente. Esto es altamente ineficiente y consume mucho tiempo. Un índice no reordena la base de datos en sí, sino que crea una nueva estructura de datos en una columna específica de la base de datos, haciendo que la clasificación de la información sea más rápida.

¿Por qué se necesitan índices de base de datos?

Los índices son invaluables para hacer que las consultas de base de datos sean más rápidas y eficientes. Sin embargo, deben usarse estratégicamente para evitar un uso excesivo de almacenamiento y sobrecarga de mantenimiento durante las operaciones de escritura.

• Mejora del rendimiento de las consultas: Los índices reducen la cantidad de datos escaneados durante una consulta, permitiendo que la base de datos localice filas directamente en lugar de realizar un escaneo completo de la tabla.
• Clasificación eficiente: Acelera operaciones como ORDER BY y GROUP BY al clasificar datos de manera más eficiente.
• Aplicación de unicidad: Asegura que columnas específicas contengan solo valores únicos, lo cual es crítico para claves primarias y restricciones únicas.
• Uniones más rápidas: Mejora el rendimiento de las uniones al emparejar rápidamente filas entre tablas usando índices en claves foráneas.
• Reducción de I/O de disco: Reduce las filas escaneadas, disminuyendo el uso de memoria y minimizando las operaciones de I/O de disco.
• Soporte para búsquedas: Optimiza consultas de búsqueda con filtros como cláusulas WHERE.

Consideremos un ejemplo. A continuación se muestra una tabla con datos de usuarios,

Consulta sin índice:

La base de datos realiza un escaneo completo de la tabla, verificando cada fila hasta encontrar una coincidencia. Esto puede ser muy lento en una tabla con millones de filas.

Consulta con índice:

Cree un índice en la columna de correo electrónico: CREATE INDEX idx_email ON Users (Email);

Ahora, la consulta utiliza el índice para localizar la fila directamente, acelerando significativamente el proceso.

Tipos de indexación de bases de datos

Existen dos tipos principales de índices de bases de datos:

• Índices agrupados, también conocidos como índices de clave primaria, se utilizan para cambiar el orden físico de la información en una tabla de base de datos. Cada tabla solo puede tener un índice agrupado, ya que las filas de datos se reorganizan según las columnas indexadas. Esto hace que estos índices sean ideales para bases de datos más simples. Estos índices primarios a menudo se crean automáticamente cuando se crea una nueva tabla en la base de datos.
• Índices no agrupados. Estos índices se conocen como índices secundarios, ya que no cambian el orden de la información en una tabla de base de datos. En su lugar, almacenan información en una estructura de datos separada que replica la original. La tabla de la base de datos puede tener múltiples índices no agrupados, todos con un puntero que guía una consulta a la dirección correcta en el almacenamiento de la base de datos.

Dependiendo del tipo de datos almacenados, hay otras formas de índices de bases de datos que se pueden usar.

• Índice de mapa de bits: Estos son algunos de los índices más comúnmente utilizados. Almacenan datos como matrices de bits y responden consultas a través de operaciones lógicas bit a bit. Los índices de mapa de bits son el tipo más eficiente para usar cuando los valores en un índice se repiten con frecuencia, como masculino o femenino.
• Índice invertido: Para búsquedas basadas en texto, un índice invertido es la mejor manera de mapear palabras a los documentos en los que están contenidas dentro de una base de datos.
• Índice hash: La gestión de datos con millones de registros puede ser un desafío, pero puede ser significativamente más fácil al usar un índice hash. Este tipo de índice se crea utilizando columnas con valores únicos, como direcciones de correo electrónico.

¿Cómo funciona un índice de base de datos?

Los datos en una base de datos indexada generalmente se ordenan en tablas, con filas que tienen una clave única. Esto los distingue de otras filas, ayudando al índice a encontrar datos rápidamente. Sin estas filas y claves, la información queda como un desorden desordenado.

Normalmente, los datos se ordenarán de alguna manera cuando se ingresen en su base de datos. Pero esto puede ser solo en base a una sola columna, lo cual no siempre es lo más útil. Tener un índice significa que puede ordenar sus tablas de datos por múltiples columnas y filtros, haciendo que las consultas sean mucho más fáciles en el futuro.

Al configurar un índice con múltiples columnas, se crea una nueva tabla que es idéntica a la original, más una columna adicional. Esta columna contiene el puntero, que es donde se almacena el registro y cómo el índice encuentra la información de manera más eficiente.

¿Cómo se crean los índices?

Cuando se agrega una nueva fila a la base de datos, como cuando se realizan actualizaciones, se crea una clave única adicional y el índice se actualiza automáticamente. Pero en algunos casos, es mejor crear el índice usted mismo, especialmente si busca frecuentemente información similar.

Al crear un índice usted mismo, es vital que la sintaxis de entrada sea correcta. Por ejemplo, CREATE INDEX suele ser la primera línea del código ingresado en la base de datos al crear un índice desde cero. A partir de ahí, el formato podría verse así:

Aunque los índices son útiles, demasiados también pueden ralentizar las velocidades de búsqueda. Es mejor práctica crear índices solo para columnas en una base de datos que necesiten ser buscadas con frecuencia, como el número de teléfono de un cliente.

¿Cómo funciona la indexación de bases de datos vectoriales?

Los datos vectoriales son esenciales para permitir que los modelos de IA generativa funcionen de manera efectiva. Estos se enumeran en un formato numérico, como [1,1], mientras se utilizan métricas de similitud de coseno, y se asignan a cada instancia de un objeto. Al convertir el objeto en un número, el modelo puede comprender mejor la información en la base de datos.

El uso de incrustaciones vectoriales también es útil al trabajar con datos en diferentes formatos, como texto, imágenes o videos. En lugar de enumerar cada uno de estos por separado dentro de la base de datos, la indexación vectorial significa que objetos similares pueden agruparse para hacer que las consultas sean más rápidas.

Por ejemplo, objetos similares como manzanas y plátanos probablemente se agruparán cerca en un gráfico vectorial, mientras que libros y revistas se agruparían más lejos de manzanas y plátanos, ya que son notablemente diferentes. Cuando un usuario consulta la base de datos por periódicos, probablemente se le dirigirá a información sobre libros y revistas, ya que esta es una búsqueda más similar en comparación con manzanas o plátanos.

Al buscar usando IA generativa, estos vectores utilizan índices conocidos como búsquedas de vecino más cercano aproximado (ANN). Estos dependen de cuán similar es cada elemento en una base de datos a su vecino, por lo que ordenar el índice por similitud puede reducir significativamente los tiempos de consulta.

Mejores prácticas para construir índices de bases de datos

La creación de índices puede volverse rápidamente complicada, especialmente si está trabajando con una base de datos grande y millones, o incluso miles de millones, de filas de datos. Sin embargo, construir índices es una tarea que vale la pena, por lo que seguir algunas mejores prácticas desde el principio puede ayudarlo a crear índices útiles y utilizables para cualquier base de datos.

Indexe sus consultas más importantes

Si una consulta en particular se ejecuta varias veces a la semana o incluso diariamente, priorice la creación de índices que funcionen mejor para ella. Tener un rendimiento óptimo en estas consultas hará que el flujo de trabajo sea más eficiente, especialmente si los analistas senior en su empresa generan esas consultas en comparación con empleados menos senior.

Construya índices por carga de trabajo

Uno de los mayores errores es construir su índice según lo que cree que necesitará más adelante. Dado que el objetivo de un índice es facilitar las consultas, la mejor manera de crear uno es estimar con qué frecuencia se utilizará una consulta en particular y priorizarla según su importancia.

A partir de ahí, puede indexar el número correcto de tablas en lugar de hacer la mejor suposición y establecer un número asignado de índices desde el principio.

Agregue columnas para acceso solo por índice

Cuando agrega columnas para acceso solo por índice, la consulta puede responderse simplemente desde el índice en sí en lugar de que la consulta tenga que extraer datos de la tabla principal. El índice puede contener suficiente información para que esa consulta sea respondida, ahorrando aún más tiempo.

Este es un factor esencial a considerar antes de configurar el acceso solo por índice para ese conjunto de datos en particular, ya que otras consultas pueden necesitar leer los datos de la tabla principal.

No establezca un límite fijo para el número de índices

A medida que se agregan más datos a su base de datos, es posible que necesite crear índices adicionales para encontrar sus datos rápidamente. Por lo tanto, establecer un número fijo de índices desde el principio nunca es una buena idea. No hay necesidad de limitarse en la etapa de construcción cuando aún no está seguro de cómo o qué datos podrían usarse en el futuro.

Sin un índice, todos los datos deben ser escaneados, lo que puede consumir mucho tiempo. Limitar cuántos índices puede tener su empresa dentro de una base de datos no deja espacio para indexación adicional una vez que se ha alcanzado ese número. Los datos siguientes deberán ser escaneados manualmente.

En su lugar, piense en crear solo los índices necesarios a medida que los necesite y eliminar aquellos que ya no sean aplicables. Esto reduce su conteo total de índices, lo que ayuda al rendimiento general de la base de datos sin limitarlo a un número fijo de índices.

Organícese con índices

La indexación de datos puede llevar tiempo inicialmente, pero una vez que tenga sus índices en su lugar, puede ahorrar tiempo y recursos al buscar la información que su empresa posee. Esto hace que el proceso general sea eficiente. Por lo tanto, si está pensando en organizar los datos de su empresa, considere construir un índice que haga su trabajo rápido y más fácil.

Trabaje con un sistema de gestión de bases de datos (DMBS) para almacenar, recuperar y gestionar los datos críticos de su empresa.