SQL SERVER 索引之聚集索引和非聚集索引的描述

索引是与表或视图关联的磁盘上结构，可以加快从表或视图中检索行的速度。 索引包含由表或视图中的一列或多列生成的键。 这些键存储在一个结构（B 树）中，使 SQL Server 可以快速有效地查找与键值关联的行。

表或视图可以包含以下类型的索引：

• 聚集

  • 聚集索引根据数据行的键值在表或视图中排序和存储这些数据行。 索引定义中包含聚集索引列。 每个表只能有一个聚集索引，因为数据行本身只能按一个顺序排序。

  • 只有当表包含聚集索引时，表中的数据行才按排序顺序存储。 如果表具有聚集索引，则该表称为聚集表。 如果表没有聚集索引，则其数据行存储在一个称为堆的无序结构中。

• 非聚集

• 非聚集索引具有独立于数据行的结构。 非聚集索引包含非聚集索引键值，并且每个键值项都有指向包含该键值的数据行的指针。

• 从非聚集索引中的索引行指向数据行的指针称为行定位器。 行定位器的结构取决于数据页是存储在堆中还是聚集表中。 对于堆，行定位器是指向行的指针。 对于聚集表，行定位器是聚集索引键。

• 您可以向非聚集索引的叶级添加非键列以跳过现有的索引键限制（900 字节和 16 键列），并执行完整范围内的索引查询。

聚集索引和非聚集索引都可以是唯一的。 这意味着任何两行都不能有相同的索引键值。 另外，索引也可以不是唯一的，即多行可以共享同一键值。每当修改了表数据后，都会自动维护表或视图的索引。

索引 B 树中的每一页称为一个索引节点。B 树的顶端节点称为根节点。索引中的底层节点称为叶节点。根节点与叶节点之间的任何索引级别统称为中间级。在聚集索引中，叶节点包含基础表的数据页。根节点和中间级节点包含存有索引行的索引页。每个索引行包含一个键值和一个指针，该指针指向 B 树上的某一中间级页或叶级索引中的某个数据行。每级索引中的页均被链接在双向链接列表中。

聚集索引在 sys.partitions 中有一行，其中，索引使用的每个分区的 index_id = 1。默认情况下，聚集索引有单个分区。当聚集索引有多个分区时，每个分区都有一个包含该特定分区相关数据的 B 树结构。例如，如果聚集索引有四个分区，就有四个 B 树结构，每个分区中有一个 B 树结构。

根据聚集索引中的数据类型，每个聚集索引结构将有一个或多个分配单元，将在这些单元中存储和管理特定分区的相关数据。每个聚集索引的每个分区中至少有一个 IN_ROW_DATA 分配单元。如果聚集索引包含大型对象 (LOB) 列，则它的每个分区中还会有一个 LOB_DATA 分配单元。如果聚集索引包含的变量长度列超过 8,060 字节的行大小限制，则它的每个分区中还会有一个 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元。数据链内的页和行将按聚集索引键值进行排序。所有插入操作都在所插入行中的键值与现有行中的排序顺序相匹配时执行。B 树页集合由sys.system_internals_allocation_units 系统视图中的页指针来定位。

对于某个聚集索引，sys.system_internals_allocation_units 中的 root_page 列指向该聚集索引某个特定分区的顶部。SQL Server 将在索引中向下移动以查找与某个聚集索引键对应的行。为了查找键的范围，SQL Server 将在索引中移动以查找该范围的起始键值，然后用向前或向后指针在数据页中进行扫描。为了查找数据页链的首页，SQL Server 将从索引的根节点沿最左边的指针进行扫描。

下图显式了聚集索引单个分区中的结构。

非聚集索引与聚集索引具有相同的 B 树结构，它们之间的显著差别在于以下两点：

• 基础表的数据行不按非聚集键的顺序排序和存储。

• 非聚集索引的叶层是由索引页而不是由数据页组成。

既可以使用聚集索引来为表或视图定义非聚集索引，也可以根据堆来定义非聚集索引。非聚集索引中的每个索引行都包含非聚集键值和行定位符。此定位符指向聚集索引或堆中包含该键值的数据行。

非聚集索引行中的行定位器或是指向行的指针，或是行的聚集索引键，如下所述：

• 如果表是堆（意味着该表没有聚集索引），则行定位器是指向行的指针。该指针由文件标识符 (ID)、页码和页上的行数生成。整个指针称为行 ID (RID)。

• 如果表有聚集索引或索引视图上有聚集索引，则行定位器是行的聚集索引键。如果聚集索引不是唯一的索引，SQL Server 将添加在内部生成的值（称为唯一值）以使所有重复键唯一。此四字节的值对于用户不可见。仅当需要使聚集键唯一以用于非聚集索引中时，才添加该值。SQL Server 通过使用存储在非聚集索引的叶行内的聚集索引键搜索聚集索引来检索数据行。

对于索引使用的每个分区，非聚集索引在 index_id >0 的 sys.partitions 中都有对应的一行。默认情况下，一个非聚集索引有单个分区。如果一个非聚集索引有多个分区，则每个分区都有一个包含该特定分区的索引行的 B 树结构。例如，如果一个非聚集索引有四个分区，那么就有四个 B 树结构，每个分区中一个。

根据非聚集索引中数据类型的不同，每个非聚集索引结构会有一个或多个分配单元，在其中存储和管理特定分区的数据。每个非聚集索引至少有一个针对每个分区的 IN_ROW_DATA 分配单元（存储索引 B 树页）。如果非聚集索引包含大型对象 (LOB) 列，则还有一个针对每个分区的 LOB_DATA 分配单元。此外，如果非聚集索引包含的可变长度列超过 8,060 字节行大小限制，则还有一个针对每个分区的 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元。B 树的页集合由 sys.system_internals_allocation_units 系统视图中的root_page 指针定位。

下图说明了单个分区中的非聚集索引结构。