PostgreSQL 覆盖索引 vs. 多列索引

本文只针对创建 B-tree 索引
创建测试数据：

-- 创建表
create table index_t(id int, c1 int,c2 int,info text) ;

-- 插入数据
insert into index_t select i,random()*10,10+random()*10,'test_'||i from generate_series(1,10000) as i ;

一、covering Index - 覆盖索引

1、简介
PostgreSQL 11版本引入 covering Index(覆盖索引) ，又称 INCLUDE 索引，是指使用INCLUDE关键字来创建索引。

2、语法

CREATE INDEX index_name ON table_name(column_name) INCLUDE(column_name [, ...])

3、用法
优点：使用 Index Only Scan(仅索引扫描),减少回表次数

例子：

-- 创建索引
--# 单列索引 - idx_id_indext
create index idx_id_indext on index_t(id) ;

-- 查询 id=500 的 info
maleah_db=# explain (analyze on,verbose on) select info from index_t where id = 500 ;
                                                          QUERY PLAN                                                          
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using idx_id_indext on public.index_t  (cost=0.29..8.30 rows=1 width=9) (actual time=0.025..0.026 rows=1 loops=1)
   Output: info
   Index Cond: (index_t.id = 500)
 Planning Time: 0.073 ms
 Execution Time: 0.044 ms
(5 rows)

可以看到，使用 idx_id_indext 单列索引进行 Index Scan。此时需要根据索引回表查找info的值

使用 include关键字创建覆盖索引，使用 index-only-scan，减少回表的次数：

--# 覆盖索引 - idx_idinfo_indext
create index idx_idinfo_indext on index_t(id) include(info) ;

-- 再次查看执行计划
maleah_db=# explain (analyze on,verbose on) select info from index_t where id = 500 ;
                                                              QUERY PLAN                                                               
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Only Scan using idx_idinfo_indext on public.index_t  (cost=0.29..4.30 rows=1 width=9) (actual time=0.036..0.036 rows=1 loops=1)
   Output: info
   Index Cond: (index_t.id = 500)
   Heap Fetches: 0
 Planning Time: 0.195 ms
 Execution Time: 0.052 ms
(6 rows)

再次查看执行计划，使用新创建的 idx_idinfo_indext 覆盖索引，计划走了仅索引扫描，可以看到Heap Fetches: 0

4、内部原理
使用 pageinspect插件查看创建的 b-tree 类型的索引内部：

maleah_db=# select * from index_t where ctid = '(1,36)';
 id  | c1 | c2 |   info   
-----+----+----+----------
 193 |  0 | 19 | test_193
(1 row)

maleah_db=# select ctid,vars,data from bt_page_items('idx_id_indext',1) where ctid = '(1,36)';
  ctid  | vars |          data           
--------+------+-------------------------
 (1,36) | f    | c1 00 00 00 00 00 00 00
(1 row)

maleah_db=# select ctid,vars,data from bt_page_items('idx_idinfo_indext',1) where ctid = '(1,36)';
  ctid  | vars |                      data                       
--------+------+-------------------------------------------------
 (1,36) | t    | c1 00 00 00 13 74 65 73 74 5f 31 39 33 00 00 00
(1 row)

可以看到，普通的单列索引存储索引列的value，include索引不仅存储索引列的键值，还包括include列的值

二、multicolumn index - 多列索引

1、简介
multicolumn indexes(多列索引，又成复合索引)是指在表的多个列上创建索引

2、语法

CREATE INDEX index_name ON table_name(column_name, column_name [, ...])

3、用法
上述的例子可以使用覆盖索引减少回表，也可以通过创建多列索引来达到这一目的：

-- 创建多列索引
create index idx_id_info_indext on index_t(id,info) ;

-- 查看执行计划
maleah_db=# explain (analyze on,verbose on) select info from index_t where id = 500 ;
                                                               QUERY PLAN                                                               
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Only Scan using idx_id_info_indext on public.index_t  (cost=0.29..4.30 rows=1 width=9) (actual time=0.029..0.030 rows=1 loops=1)
   Output: info
   Index Cond: (index_t.id = 500)
   Heap Fetches: 0
 Planning Time: 0.175 ms
 Execution Time: 0.047 ms
(6 rows)

如果 where 语句中存在多个条件（例如 id=500 and info=‘test_500’），INCLUDE索引不能发挥作用，只能选择多列索引

maleah_db=# explain (analyze on,verbose on) select * from index_t where id = 500 and info = 'test_500';
                                                             QUERY PLAN                                                             
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using idx_id_info_indext on public.index_t  (cost=0.29..8.30 rows=1 width=21) (actual time=0.028..0.029 rows=1 loops=1)
   Output: id, c1, c2, info
   Index Cond: ((index_t.id = 500) AND (index_t.info = 'test_500'::text))
 Planning Time: 0.094 ms
 Execution Time: 0.047 ms
(5 rows)

4、内部
使用 pageinspect 查看多列索引内部：

maleah_db=# select ctid,vars,data from bt_page_items('idx_id_info_indext',1) where ctid = '(1,36)';
  ctid  | vars |                      data                       
--------+------+-------------------------------------------------
 (1,36) | t    | c1 00 00 00 13 74 65 73 74 5f 31 39 33 00 00 00
(1 row)

多列索引保存两个列的值

三、对比

相同点：

索引大小：相同。多列索引以及覆盖索引都会存储两个字段的值

适用 index-only-scan。覆盖索引在查询非索引列的字段值时，可以减少回表。

多列索引局限性：

可能会违反唯一索引或者唯一性约束

例，要求：id字段必须唯一。在多列上创建唯一索引：

create unique index idx_uniq_id_info_indext on index_t(id,info) ;
maleah_db=# insert into index_t values (1,2,3,'test') ;
INSERT 0 1
maleah_db=# select count(*) from index_t where id = 1 ;
 count 
-------
     2
(1 row)

可以看到，可以插入id字段的重复值，在这种情况下，只能使用INCLUDE关键字创建覆盖索引：

maleah_db=# create unique index idx_uniq_idinfo_indext on index_t(id) include(info) ;
CREATE INDEX
maleah_db=# insert into index_t values (1,2,3,'test') ;
ERROR:  duplicate key value violates unique constraint "idx_uniq_idinfo_indext"
DETAIL:  Key (id)=(1) already exists.

多列索引在实际使用中还有很多局限性，这里只突出和INCLUDE索引的对比