Che cos'è un indice di database? Perché è importante?

I database possono contenere migliaia, se non centinaia di migliaia, di informazioni. Ordinare queste informazioni può essere incredibilmente dispendioso in termini di tempo sia per gli esseri umani che per le macchine.

Proprio come un indice di un libro indirizza gli utenti alla pagina che stanno cercando, un indice di database aiuta gli utenti e i computer a navigare in un database e a trovare rapidamente le informazioni di cui hanno bisogno.

Pensa all'indice come a una guida di riferimento rapido, in particolare quando si utilizza un database MySQL. L'indicizzazione mira a setacciare milioni di record rapidamente per migliorare le prestazioni delle query.

Mentre i database tradizionali utilizzano metodi di indicizzazione come gli alberi B per i dati strutturati, i database vettoriali indicizzano dati ad alta dimensione (come incorporamenti di testo o immagini) per gestire in modo efficiente query complesse, consentendo un recupero più rapido e ricerche di similarità.

Senza un indice, le query dovranno attraversare il database riga per riga fino a trovare un risultato corrispondente. Questo è altamente inefficiente e richiede molto tempo. Un indice non riordina il database stesso, ma crea invece una nuova struttura dati su una colonna specifica del database, rendendo più veloce l'ordinamento delle informazioni.

Perché sono necessari gli indici di database?

Gli indici sono inestimabili per rendere le query del database più veloci ed efficienti. Tuttavia, dovrebbero essere utilizzati strategicamente per evitare un uso eccessivo dello spazio di archiviazione e un sovraccarico di manutenzione durante le operazioni di scrittura.

• Miglioramento delle prestazioni delle query: Gli indici riducono la quantità di dati scansionati durante una query, consentendo al database di individuare le righe direttamente invece di eseguire una scansione completa della tabella.
• Ordinamento efficiente: Velocizza operazioni come ORDER BY e GROUP BY ordinando i dati in modo più efficiente.
• Applicazione dell'unicità: Garantisce che colonne specifiche contengano solo valori unici, il che è fondamentale per chiavi primarie e vincoli unici.
• Join più veloci: Migliora le prestazioni dei join abbinando rapidamente le righe tra le tabelle utilizzando indici su chiavi esterne.
• Riduzione dell'I/O su disco: Restringe le righe scansionate, riducendo l'uso della memoria e minimizzando le operazioni di I/O su disco.
• Supporto per la ricerca: Ottimizza le query di ricerca con filtri come le clausole WHERE.

Consideriamo un esempio. Di seguito è riportata una tabella con dati utente,

Query senza indice:

Il database esegue una scansione completa della tabella, controllando ogni riga fino a trovare una corrispondenza. Questo può essere molto lento su una tabella con milioni di righe.

Query con indice:

Crea un indice sulla colonna email: CREATE INDEX idx_email ON Users (Email);

Ora, la query utilizza l'indice per individuare direttamente la riga, accelerando notevolmente il processo.

Tipi di indicizzazione del database

Esistono due tipi principali di indici di database:

• Indici clusterizzati, noti anche come indici di chiave primaria, vengono utilizzati per modificare l'ordine fisico delle informazioni in una tabella di database. Ogni tabella può avere solo un indice clusterizzato, poiché le righe dei dati vengono riordinate in base alle colonne indicizzate. Questo rende questi indici ideali per database più semplici. Questi indici primari vengono spesso creati automaticamente quando viene creata una nuova tabella nel database.
• Indici non clusterizzati. Questi indici sono noti come indici secondari, poiché non cambiano l'ordine delle informazioni in una tabella di database. Invece, memorizzano le informazioni in una struttura dati separata che replica l'originale. La tabella del database può avere più indici non clusterizzati, tutti con un puntatore che guida una query all'indirizzo corretto nell'archiviazione del database.

A seconda del tipo di dati memorizzati, ci sono altre forme di indici di database che si possono utilizzare.

• Indice bitmap: Questi sono alcuni degli indici più comunemente usati. Memorizzano i dati come array di bit e rispondono alle query attraverso operazioni logiche bitwise. Gli indici bitmap sono il tipo più efficiente da utilizzare quando i valori in un indice si ripetono frequentemente, come maschio o femmina.
• Indice invertito: Per le ricerche basate su testo, un indice invertito è il modo migliore per mappare le parole ai documenti in cui sono contenute all'interno di un database.
• Indice hash: Gestione dei dati con milioni di record può essere impegnativa, ma può essere significativamente più facile quando si utilizza un indice hash. Questo tipo di indice viene creato utilizzando colonne con valori unici, come indirizzi email.

Come funziona un indice di database?

I dati in un database indicizzato sono tipicamente ordinati in tabelle, con righe che hanno ciascuna una chiave unica. Questo le distingue dalle altre righe, aiutando l'indice a trovare rapidamente i dati. Senza queste righe e chiavi, le informazioni rimangono un disordine non ordinato.

Tipicamente, i dati si ordinano in qualche modo quando vengono inseriti nel tuo database. Ma questo può essere basato solo su una singola colonna, che non è sempre la più utile. Avere un indice in atto significa che puoi ordinare le tue tabelle di dati per più colonne e filtri, rendendo le query molto più facili in futuro.

Impostando un indice con più colonne, viene creata una nuova tabella identica all'originale, più una colonna extra. Questa colonna contiene il puntatore, che è dove il record è memorizzato e come l'indice trova le informazioni in modo più efficiente.

Come vengono creati gli indici?

Quando viene aggiunta una nuova riga al database, come quando vengono effettuati aggiornamenti, viene creata una chiave unica aggiuntiva e l'indice si aggiorna automaticamente. Ma in alcuni casi, è meglio creare l'indice da soli, in particolare se si cerca frequentemente informazioni simili.

Quando si crea un indice da soli, è fondamentale che la sintassi di input sia corretta. Ad esempio, CREATE INDEX è solitamente la prima riga dell'input di codifica nel database quando si crea un indice da zero. Da lì, la formattazione potrebbe apparire così:

Sebbene gli indici siano utili, troppi possono anche rallentare le velocità di ricerca. È buona pratica creare indici solo per le colonne in un database che devono essere cercate frequentemente, come il numero di telefono di un cliente.

Come funziona l'indicizzazione del database vettoriale?

I dati vettoriali sono essenziali per consentire ai modelli di AI generativa di funzionare efficacemente. Questi sono elencati in un formato numerico, come [1,1], mentre utilizzano metriche di similarità coseno, e sono assegnati a ciascuna istanza di un oggetto. Convertendo l'oggetto in un numero, il modello può comprendere meglio le informazioni nel database.

Utilizzare incorporamenti vettoriali è anche utile quando si lavora con dati in formati diversi, come testo, immagini o video. Invece di elencare ciascuno di questi separatamente all'interno del database, l'indicizzazione vettoriale significa che oggetti simili possono essere raggruppati insieme per rendere più veloce la query.

Ad esempio, oggetti simili come mele e banane saranno probabilmente raggruppati vicini in un grafico vettoriale, mentre libri e riviste sarebbero raggruppati più lontano da mele e banane, poiché sono notevolmente diversi. Quando un utente interroga il database per giornali, probabilmente verrà indirizzato a informazioni su libri e riviste, poiché questa è una ricerca più simile rispetto a mele o banane.

Quando si cerca utilizzando AI generativa, questi vettori utilizzano indici noti come ricerche di vicinato approssimato (ANN). Questi si basano su quanto ciascun elemento in un database sia simile al suo vicino, quindi ordinare l'indice per similarità può ridurre significativamente i tempi di query.

Best practices per costruire indici di database

La creazione di indici può rapidamente diventare complicata, specialmente se si lavora con un grande database e milioni, o addirittura miliardi, di righe di dati. Tuttavia, costruire indici è un compito che vale la pena, quindi seguire alcune best practices fin dall'inizio può aiutarti a creare indici utili e utilizzabili per qualsiasi database.

Indicizza le tue query più importanti

Se una particolare query viene eseguita più volte a settimana o addirittura quotidianamente, dai priorità alla creazione di indici che funzionano meglio per essa. Avere prestazioni ottimali su queste query renderà il flusso di lavoro più efficiente, in particolare se analisti senior nella tua azienda generano quelle query rispetto a dipendenti meno senior.

Costruisci indici in base al carico di lavoro

Uno dei più grandi errori è costruire il tuo indice in base a ciò che pensi ti servirà in seguito. Poiché l'obiettivo di un indice è rendere più facile la query, il modo migliore per crearne uno è stimare quanto spesso verrà utilizzata una particolare query e darle priorità in base alla sua importanza.

Da lì, puoi indicizzare il giusto numero di tabelle piuttosto che fare la migliore ipotesi e impostare un numero assegnato di indici fin dall'inizio.

Aggiungi colonne per l'accesso solo indice

Quando aggiungi colonne per l'accesso solo indice, la query può essere risolta semplicemente dall'indice stesso piuttosto che la query debba estrarre dati dalla tabella principale. L'indice può contenere abbastanza informazioni per rispondere a quella query, risparmiando ancora più tempo.

Questo è un fattore essenziale da considerare prima di impostare l'accesso solo indice per quel particolare set di dati, poiché altre query potrebbero dover leggere i dati della tabella principale.

Non impostare un limite fisso per il numero di indici

Man mano che vengono aggiunti più dati al tuo database, potresti dover creare indici aggiuntivi per trovare rapidamente i tuoi dati. Quindi, impostare un numero fisso di indici in anticipo non è mai una buona idea. Non c'è bisogno di limitarsi nella fase di costruzione quando non si è ancora sicuri di come o quali dati potrebbero essere utilizzati in futuro.

Senza un indice, tutti i dati devono essere scansionati, il che può richiedere molto tempo. Limitare quanti indici la tua azienda può avere all'interno di un database non lascia spazio per un'ulteriore indicizzazione una volta raggiunto quel numero. I dati successivi dovranno essere scansionati manualmente.

Invece, pensa a creare solo gli indici necessari quando ne hai bisogno e a rimuovere quelli che non sono più applicabili. Questo riduce il tuo conteggio complessivo degli indici, il che aiuta le prestazioni complessive del database senza limitarti a un numero fisso di indici.

Organizzati con gli indici

Indicizzare i dati può richiedere tempo inizialmente, ma una volta che hai i tuoi indici in atto, puoi risparmiare tempo e risorse quando cerchi le informazioni che la tua azienda possiede. Questo rende l'intero processo efficiente. Quindi, se stai pensando di organizzare i dati della tua azienda, considera di costruire un indice che renda il tuo lavoro rapido e più facile.

Lavora con un sistema di gestione del database (DMBS) per archiviare, recuperare e gestire i dati critici della tua azienda.