【Bitmap Index】B-Tree索引与Bitmap位图索引的锁代价比较研究

通过以下实验，来验证Bitmap位图索引较之普通的B-Tree索引锁的“高昂代价”。位图索引会带来“位图段级锁”，实际使用过程一定要充分了解不同索引带来的锁代价情况。

1.为比较区别，创建两种索引类型的测试表
1）在表t_bitmap上创建位图索引
SEC@ora11g> create table t_bitmap (id number(10), name varchar2(10),sex varchar2(1));

Table created.

SEC@ora11g> create bitmap index t_bitmap_idx on t_bitmap(sex);

Index created.

2）在表t_btree上创建普通B-Tree索引
SEC@ora11g> create table t_btree (id number(10), name varchar2(10), sex varchar2(1));

Table created.

SEC@ora11g> create index t_btree_idx on t_btree(sex);

Index created.

2.每张表中初始化两条数据：“一个男孩”和“一个女孩”
注释：
M - Male - 表示男孩；
F - Femail - 表示女孩。

1）初始化数据t_btree表数据
SEC@ora11g> insert into t_btree values (1, 'Secoooler', 'M');

1 row created.

SEC@ora11g> insert into t_btree values (2, 'Anna','F');

1 row created.

2）初始化数据t_bitmap表数据
SEC@ora11g> insert into t_bitmap values (1, 'Secoooler', 'M');

1 row created.

SEC@ora11g> insert into t_bitmap values (2, 'Anna','F');

1 row created.

SEC@ora11g> commit;

Commit complete.

3）查看初始化之后的结果
（1）t_btree表中包含两条数据
SEC@ora11g> select * from t_btree;

ID NAME       S
---------- ---------- -
         1 Secoooler  M
         2 Anna       F

（2）t_bitmap表中包含两条数据
SEC@ora11g> select * from t_bitmap;

ID NAME       S
---------- ---------- -
         1 Secoooler  M
         2 Anna       F

3.在两个不同的session中，对具有普通B-Tree索引表t_btree演示插入、修改和删除“男孩”数据
第一个session中的插入后不要提交
SEC@ora11g> insert into t_btree values (3, 'Andy', 'M');

1 row created.

第二个session中插入同样的状态数据，可以看到，插入、修改和删除均能够成功完成
SEC@ora11g> insert into t_btree values (4, 'Tutu', 'M');

1 row created.

SEC@ora11g> update t_btree set sex='M' where id=2;

1 row updated.

SEC@ora11g> delete from t_btree;

2 rows deleted.

4.在两个不同的session中，对具有Bitmap位图索引表t_bitmap演示插入、修改和删除“男孩”数据
1）第一个session中的插入后不要提交
SEC@ora11g> insert into t_bitmap values (3, 'Andy', 'M');

1 row created.

2）第二个session中对男孩数据进行处理，可以看到，只要操作信息中涉及到位图索引列的插入、修改和删除均无法完成！！
（1）插入测试
当插入数据涉及位图索引列“sex”字段时，是无法完成的。
SEC@ora11g> insert into t_bitmap values (4, 'Tutu', 'M');
问题出现了：出现了“锁等待”停滞不动的现象！

当插入数据未涉及位图索引列“sex”字段时，是可以完成的。
SEC@ora11g> insert into t_bitmap(id,name) values (4, 'Tutu');

1 row created.

SEC@ora11g> commit;

Commit complete.

（2）更新测试
此时第二个会话的测试数据内容如下。
SEC@ora11g> select * from t_bitmap;

ID NAME       S
---------- ---------- -
         1 Secoooler  M
         2 Anna       F
         4 Tutu

当更新位图索引列“sex”字段值为“M”时，是无法完成的。
SEC@ora11g> update t_bitmap set sex='M' where id=1;

1 row updated.

此时成功，是因为第一行数据的sex值本身就是“M”。

SEC@ora11g> update t_bitmap set sex='M' where id=2;
问题出现了：出现了“锁等待”停滞不动的现象！

SEC@ora11g> update t_bitmap set sex='M' where id=4;
问题出现了：出现了“锁等待”停滞不动的现象！

另外，特别注意一下，如果更新的列不是位图索引对应的列，将不会受位图段级索引锁的限制。如下所示。
SEC@ora11g> update t_bitmap set name='Xu' where id=2;

1 row updated.

（3）删除测试
当删除的数据包含位图索引列“sex”字段值为“M”时，是无法完成的。
SEC@ora11g> delete from t_bitmap where id=1;
问题出现了：出现了“锁等待”停滞不动的现象！
当删除表中的所有数据时，同样的道理，也是不能删除的。
SEC@ora11g> delete from t_bitmap;
问题出现了：出现了“锁等待”停滞不动的现象！

5.小结
  本文以对数据本身冲击力最小的插入动作为例，演示了B-Tree和Bitmap索引的锁代价。对于B-Tree索引来说，插入动作不影响其他会话的DML操作；但是，对于Bitmap索引来说，由于是索引段级锁，会导致与操作列值相关的内容被锁定（文中提到的“M”信息）。进一步，对于更新动作来说，

产生上面现象的原因：
  位图索引被存储为压缩的索引值，其中包含了一个范围内的ROWID，因此ORACLE必须针对一个给定值锁定所有范围内的ROWID，不支持行级别的锁定。
  换一种描述方法：使用位图索引时，一个键指向多行（成百上千），如果更新一个位图索引键，会同时将其他行对应位图索引字段进行锁定！

较之B-Tree索引优点：
  位图以一种压缩格式存放，因此占用的磁盘空间比B-Tree索引要小得多

较之B-Tree索引缺点：
  这种锁定的代价很高，会导致一些DML语句出现“锁等待”，严重影响插入、更新和删除的效率，对于高并发的系统不适用。

位图索引使用原则：
  位图索引主要用于决策支持系统或静态数据，不支持索引行级锁定。
  位图索引最好用于低cardinality列（即列的唯一值除以行数为一个很小的值，接近零），例如上面的“性别”列，列值有“M”，“F”两种。在这个基本原则的基础上，要认真考虑包含位图索引的表的操作特点，如果是并发操作高的系统，不适合使用位图索引！

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