O que é um índice de banco de dados? Por que é importante?

Bancos de dados podem conter milhares, se não centenas de milhares, de informações. Classificar essas informações pode ser incrivelmente demorado tanto para humanos quanto para máquinas.

Assim como um índice de livro direciona os usuários para a página que estão procurando, um índice de banco de dados ajuda usuários e computadores a navegar em um banco de dados e encontrar rapidamente as informações de que precisam.

Pense no índice como um guia de referência rápida, especialmente ao usar um banco de dados MySQL. O objetivo da indexação é filtrar milhões de registros rapidamente para melhorar o desempenho das consultas.

Enquanto bancos de dados tradicionais usam métodos de indexação como B-trees para dados estruturados, bancos de dados vetoriais indexam dados de alta dimensão (como embeddings de texto ou imagens) para lidar eficientemente com consultas complexas, permitindo buscas mais rápidas e pesquisas de similaridade.

Sem um índice, as consultas terão que percorrer o banco de dados linha por linha até encontrar um resultado correspondente. Isso é altamente ineficiente e consome muito tempo. Um índice não reordena o próprio banco de dados, mas cria uma nova estrutura de dados em uma coluna específica do banco de dados, tornando a classificação das informações mais rápida.

Por que os índices de banco de dados são necessários?

Os índices são inestimáveis para tornar as consultas de banco de dados mais rápidas e eficientes. No entanto, devem ser usados estrategicamente para evitar uso excessivo de armazenamento e sobrecarga de manutenção durante operações de gravação.

• Melhor desempenho de consulta: Os índices reduzem a quantidade de dados escaneados durante uma consulta, permitindo que o banco de dados localize linhas diretamente em vez de realizar uma varredura completa da tabela.
• Classificação eficiente: Acelera operações como ORDER BY e GROUP BY classificando dados de forma mais eficiente.
• Imposição de unicidade: Garante que colunas específicas contenham apenas valores únicos, o que é crítico para chaves primárias e restrições únicas.
• Junções mais rápidas: Melhora o desempenho de junções ao combinar rapidamente linhas entre tabelas usando índices em chaves estrangeiras.
• Redução de I/O de disco: Reduz as linhas escaneadas, diminuindo o uso de memória e minimizando operações de I/O de disco.
• Suporte para pesquisa: Otimiza consultas de pesquisa com filtros como cláusulas WHERE.

Vamos considerar um exemplo. Abaixo está uma tabela com dados de usuários,

Consulta sem índice:

O banco de dados realiza uma varredura completa da tabela, verificando cada linha até encontrar uma correspondência. Isso pode ser muito lento em uma tabela com milhões de linhas.

Consulta com índice:

Crie um índice na coluna de email: CREATE INDEX idx_email ON Users (Email);

Agora, a consulta usa o índice para localizar a linha diretamente, acelerando significativamente o processo.

Tipos de indexação de banco de dados

Existem dois tipos principais de índices de banco de dados:

• Índices clusterizados, também conhecidos como índices de chave primária, são usados para alterar a ordem física das informações em uma tabela de banco de dados. Cada tabela pode ter apenas um índice clusterizado, pois as linhas de dados são reorganizadas de acordo com as colunas indexadas. Isso torna esses índices ideais para bancos de dados mais simples. Esses índices primários são frequentemente criados automaticamente quando uma nova tabela é criada no banco de dados.
• Índices não clusterizados. Esses índices são conhecidos como índices secundários, pois não alteram a ordem das informações em uma tabela de banco de dados. Em vez disso, armazenam informações em uma estrutura de dados separada que replica a original. A tabela de banco de dados pode ter vários índices não clusterizados, todos com um ponteiro que guia uma consulta para o endereço correto no armazenamento do banco de dados.

Dependendo do tipo de dados armazenados, existem outras formas de índices de banco de dados que se pode usar.

• Índice bitmap: Estes são alguns dos índices mais comumente usados. Eles armazenam dados como arrays de bits e respondem a consultas por meio de operações lógicas bit a bit. Índices bitmap são o tipo mais eficiente para usar quando os valores em um índice se repetem com frequência, como masculino ou feminino.
• Índice invertido: Para buscas baseadas em texto, um índice invertido é a melhor maneira de mapear palavras para os documentos em que estão contidas dentro de um banco de dados.
• Índice de hash: Gestão de dados com milhões de registros pode ser desafiadora, mas pode ser significativamente mais fácil ao usar um índice de hash. Este tipo de índice é criado usando colunas com valores únicos, como endereços de email.

Como funciona um índice de banco de dados?

Os dados em um banco de dados indexado são tipicamente ordenados em tabelas, com linhas que possuem uma chave única. Isso os distingue de outras linhas, ajudando o índice a encontrar dados rapidamente. Sem essas linhas e chaves, as informações ficam como uma bagunça desordenada.

Tipicamente, os dados se ordenam de alguma forma quando são inseridos no seu banco de dados. Mas isso pode ser baseado apenas em uma única coluna, o que nem sempre é o mais útil. Ter um índice significa que você pode classificar suas tabelas de dados por várias colunas e filtros, tornando as consultas muito mais fáceis no futuro.

Ao configurar um índice com várias colunas, é criada uma nova tabela idêntica à original, mais uma coluna extra. Esta coluna contém o ponteiro, que é onde o registro é armazenado e como o índice encontra as informações de forma mais eficiente.

Como os índices são criados?

Quando uma nova linha é adicionada ao banco de dados, como quando atualizações são feitas, uma chave única adicional é criada, e o índice é atualizado automaticamente. Mas em alguns casos, é melhor criar o índice você mesmo, especialmente se você frequentemente busca informações semelhantes.

Ao criar um índice você mesmo, é vital que a sintaxe de entrada esteja correta. Por exemplo, CREATE INDEX é geralmente a primeira linha do código inserido no banco de dados ao criar um índice do zero. A partir daí, a formatação pode ser assim:

Embora os índices sejam úteis, muitos deles também podem diminuir a velocidade das buscas. É uma boa prática criar índices apenas para colunas em um banco de dados que precisam ser frequentemente pesquisadas, como o número de telefone de um cliente.

Como funciona a indexação de banco de dados vetorial?

Os dados vetoriais são essenciais para permitir que modelos de IA generativa funcionem de forma eficaz. Estes são listados em um formato numérico, como [1,1], enquanto usam métricas de similaridade cosseno, e são atribuídos a cada instância de um objeto. Ao converter o objeto em um número, o modelo pode entender melhor as informações no banco de dados.

Usar embeddings vetoriais também é útil ao trabalhar com dados em diferentes formatos, como texto, imagens ou vídeos. Em vez de listar cada um desses separadamente dentro do banco de dados, a indexação vetorial significa que objetos semelhantes podem ser agrupados para tornar as consultas mais rápidas.

Por exemplo, objetos semelhantes como maçãs e bananas provavelmente serão agrupados próximos em um gráfico vetorial, enquanto livros e revistas seriam agrupados mais distantes de maçãs e bananas, pois são notavelmente diferentes. Quando um usuário consulta o banco de dados por jornais, provavelmente será direcionado para informações sobre livros e revistas, pois esta é uma busca mais semelhante em comparação a maçãs ou bananas.

Ao pesquisar usando IA generativa, esses vetores usam índices conhecidos como buscas de vizinho mais próximo aproximado (ANN). Estes dependem de quão semelhante cada item em um banco de dados é ao seu vizinho, então ordenar o índice por similaridade pode reduzir significativamente os tempos de consulta.

Melhores práticas para construir índices de banco de dados

A criação de índices pode rapidamente se tornar complicada, especialmente se você estiver trabalhando com um banco de dados grande e milhões, ou até bilhões, de linhas de dados. No entanto, construir índices é uma tarefa que vale a pena, então seguir algumas melhores práticas desde o início pode ajudá-lo a criar índices úteis e utilizáveis para qualquer banco de dados.

Indexe suas consultas mais importantes

Se uma consulta específica é executada várias vezes por semana ou até diariamente, priorize a criação de índices que funcionem melhor para ela. Ter um desempenho ideal nessas consultas tornará o fluxo de trabalho mais eficiente, especialmente se analistas seniores em sua empresa gerarem essas consultas em comparação com funcionários menos seniores.

Construa índices por carga de trabalho

Um dos maiores erros é construir seu índice de acordo com o que você acha que precisará mais tarde. Como o objetivo de um índice é facilitar as consultas, a melhor maneira de criar um é estimar com que frequência uma consulta específica será usada e priorizá-la com base em sua importância.

A partir daí, você pode indexar o número certo de tabelas em vez de fazer a melhor suposição e definir um número atribuído de índices desde o início.

Adicione colunas para acesso apenas por índice

Quando você adiciona colunas para acesso apenas por índice, a consulta pode ser respondida simplesmente a partir do próprio índice, em vez de a consulta ter que extrair dados da tabela principal. O índice pode conter informações suficientes para que essa consulta seja respondida, economizando ainda mais tempo.

Este é um fator essencial a considerar antes de configurar o acesso apenas por índice para esse conjunto de dados específico, pois outras consultas podem precisar ler os dados da tabela principal.

Não defina um limite fixo para o número de índices

À medida que mais dados são adicionados ao seu banco de dados, você pode precisar criar índices adicionais para encontrar seus dados rapidamente. Portanto, definir um número fixo de índices antecipadamente nunca é uma boa ideia. Não há necessidade de se limitar na fase de construção quando você ainda não tem certeza de como ou quais dados podem ser usados no futuro.

Sem um índice, todos os dados devem ser escaneados, o que pode consumir muito tempo. Limitar quantos índices sua empresa pode ter dentro de um banco de dados não deixa espaço para indexação adicional uma vez que esse número tenha sido alcançado. Os dados seguintes precisarão ser escaneados manualmente.

Em vez disso, pense em criar apenas os índices necessários conforme você precisar deles e remover aqueles que não são mais aplicáveis. Isso reduz sua contagem geral de índices, o que ajuda no desempenho geral do banco de dados sem limitá-lo a um número definido de índices.

Organize-se com índices

A indexação de dados pode levar tempo inicialmente, mas uma vez que você tenha seus índices em vigor, você pode economizar tempo e recursos ao procurar informações que sua empresa possui. Isso torna o processo geral eficiente. Portanto, se você está pensando em organizar os dados da sua empresa, considere construir um índice que torne seu trabalho rápido e mais fácil.

Trabalhe com um sistema de gerenciamento de banco de dados (DMBS) para armazenar, recuperar e gerenciar os dados críticos do seu negócio.