SQL中的函数索引/表达式索引

SQL中的函数索引/表达式索引

在大多数数据库系统中，“函数索引”和“表达式索引”指的是同一个概念。它们都是指对一个表达式（而不仅仅是列名）的结果创建的索引。

下面我们以几个主流数据库为例来详细说明。

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1. 什么是函数索引/表达式索引？

标准的索引是针对一个或多个列的原始值创建的。例如：

CREATE INDEX idx_employee_name ON employees (last_name);

这个索引 idx_employee_name 会存储 last_name 列的值，并快速定位到特定的姓氏。

而函数索引（或表达式索引） 是针对一个表达式的结果创建的。这个表达式通常包含一个或多个列，并经过函数处理或计算。

例如，如果你想忽略大小写地搜索姓氏，可以创建一个这样的索引：

-- 在 PostgreSQL 中
CREATE INDEX idx_employee_name_lower ON employees (LOWER(last_name));

这个索引 idx_employee_name_lower 存储的不再是 ‘Smith’，而是 ‘smith’。当你使用 LOWER(last_name) 进行查询时，数据库就可以利用这个索引。

2. 为什么需要它？（主要优点）

1. 提升查询性能：当你的 WHERE 子句、JOIN 条件或 ORDER BY 子句中使用了函数或表达式时，普通索引将无法被使用，导致全表扫描。函数索引可以让这类查询利用索引，大幅提高速度。
2. 强制数据完整性：可以创建一个基于函数的唯一索引，来保证表达式级别的唯一性。例如，确保邮箱地址的小写形式是唯一的。

3. 如何使用？（语法示例）

不同的数据库系统语法略有不同，但核心思想一致。

PostgreSQL

PostgreSQL 官方文档中通常使用“表达式索引”这个术语。

-- 1. 不区分大小写的查询
CREATE INDEX idx_user_email_lower ON users (LOWER(email));
-- 查询时，这样就能用上索引
SELECT * FROM users WHERE LOWER(email) = LOWER('[e-mail]');-- 2. 对日期进行查询（例如，只按日期部分查询，忽略时间）
CREATE INDEX idx_orders_order_date ON orders (DATE(order_timestamp));
SELECT * FROM orders WHERE DATE(order_timestamp) = '2023-10-25';-- 3. 对两个列进行计算后索引
CREATE INDEX idx_products_total_value ON products (unit_price * quantity_in_stock);
SELECT * FROM products WHERE (unit_price * quantity_in_stock) > 100;-- 4. 创建唯一的表达式索引
CREATE UNIQUE INDEX idx_users_unique_username ON users (LOWER(username));
-- 这将阻止插入 ‘JohnDoe’ 和 ‘johndoe’，因为它们的 LOWER() 结果相同。

MySQL

MySQL 从 8.0.13 版本开始支持函数索引（在之前版本可以通过生成列来模拟）。

-- 1. 不区分大小写的索引
CREATE INDEX idx_employee_name_lower ON employees ((LOWER(last_name)));
-- 注意：MySQL 8.0.13+ 要求表达式用括号括起来-- 2. 对日期部分创建索引
CREATE INDEX idx_sales_date ON sales ((DATE(sale_datetime)));

在 MySQL 5.7 及更早版本中的变通方法（使用生成列）：

-- 先添加一个虚拟的生成列
ALTER TABLE employees
ADD COLUMN last_name_lower VARCHAR(100) AS (LOWER(last_name)) VIRTUAL;-- 然后在这个生成列上创建普通索引
CREATE INDEX idx_employee_name_lower ON employees (last_name_lower);

Oracle

Oracle 也支持函数索引。

-- 1. 不区分大小写的索引
CREATE INDEX idx_emp_name_lower ON employees (LOWER(last_name));-- 2. 使用函数创建唯一约束
CREATE UNIQUE INDEX idx_prod_code ON products (UPPER(product_code));

4. 注意事项和缺点

1. 维护开销：和普通索引一样，函数索引会在插入、更新和删除数据时带来额外的开销，因为索引也需要被维护。
2. 精确匹配：查询必须精确地使用索引定义中相同的表达式，优化器才能识别并使用它。
   • 能用上索引：SELECT ... WHERE LOWER(name) = ‘alice’
   • 用不上索引：SELECT ... WHERE name = ‘Alice’ (即使 name 是 ‘Alice’，也不会使用 LOWER(name) 上的索引)
3. 数据库支持：并非所有数据库都原生支持。请查阅您所用数据库的文档。
4. 大小写敏感性：索引表达式本身可能是大小写敏感的（例如，在 PostgreSQL 中 LOWER() 和 UPPER() 是不同的）。确保你的查询和索引使用相同的函数。

总结

特性	普通索引	函数索引/表达式索引
索引内容	列的原始值	对列应用函数或计算后的结果
适用场景	WHERE column = ‘value’	WHERE FUNCTION(column) = ‘value’
优点	结构简单，维护直接	极大优化了包含函数/表达式的查询
缺点	无法优化复杂条件的查询	维护成本稍高，查询必须精确匹配表达式

核心思想：如果你发现某些包含函数或表达式的查询速度很慢，并且这些查询频繁执行，那么为这些表达式创建一个函数索引是一个非常有效的优化手段。