2주차, 인덱스

인덱스 활용 시작하기 (1)

인덱스(Index)란 무엇인가?

인덱스는 데이터베이스 테이블의 검색 속도를 향상시키기 위해 사용되는 자료구조이다. 특정 컬럼에 대한 데이터와 해당 레코드의 위치 정보를 저장하여, 빠른 데이터 접근을 가능하게 한다.
인덱스를 사용하면 전체 테이블을 스캔하지 않고도 원하는 데이터를 빠르게 찾을 수 있어, 대용량 데이터베이스에서 특히 유용하다.
DBMS의 인덱스는 정렬 상태를 유지하여 빠른 검색을 제공하지만, 데이터 변경 시 성능이 저하된다. 인덱스는 읽기 속도를 높이는 대신 저장 성능을 희생한다. 그러나 과도한 인덱스 생성은 저장 성능 저하와 인덱스 크기 증가로 역효과를 초래할 수 있다.

인덱스의 특징

인덱스
- 이진트리 검색( 뒤에서 살펴볼 인덱스 종류 )을 위해서는 미리 데이터가 정렬되어 있어야 합니다.
- 하지만 데이터가 항상 정렬되어 있기란 어렵기 때문에, 특정 컬럼을 기준으로 이진트리를 생성하는 새로운 테이블을 생성하여 미리 정렬된 상태를 만들어야 합니다.
- MySQL에서는 테이블을 생성할 때 특정 컬럼을 PK로 설정하면, 그 컬럼에 대한 인덱스 테이블을 자동으로 만듭니다. → 클러스터링 인덱스
- 인덱스 테이블은 일반 테이블과 같이 데이터베이스 객체입니다.
- 인덱스 테이블만으로는 아무런 기능을 할 수 없기 때문에 다른 테이블에 의존적입니다.
단점
- 자원
  - 인덱스 테이블이라는 테이블이 생성되므로 메모리를 많이 소비하게 됩니다.
  - 따라서 PK 같은 컬럼들을 인덱싱 하도록 하고, 많은 컬럼을 인덱스로 사용하지 않도록 남용하지 않는 것이 좋습니다.
- SELECT를 제외한 INSERT, UPDATE, DELETE에 대한 성능 저하
  - 어떤 테이블에 데이터를 추가할 경우, 이에 관계된 인덱스 테이블에서는 데이터를 정렬해야 하므로 전체적인 성능이 저하됩니다.

인덱스 동작 방식

특정 컬럼에 대한 인덱스를 생성하면 해당 컬럼의 데이터들을 정렬하여 별도의 메모리 공간에 데이터의 물리적 주소와 함께 저장된다.
인덱스가 생성되면 해당 컬럼에 대한 Where 조건문을 사용하여 쿼리를 날릴 때 옵티마이저에 의해 판단되어 생성된 인덱스를 탈 수 있게 되고, 인덱스에 저장되어 있는 데이터의 물리적 주소로 가서 데이터를 가져오는 방식으로 동작하여 검색 속도의 향상을 가져올 수 있는 것이다.

인덱스 자료구조

B-Tree 인덱스 알고리즘
- 일반적으로 사용되는 인덱스 알고리즘은 B+-Tree 알고리즘이다. B+-Tree 인덱스는 칼럼의 값을 변형하지 않고(사실 값의 앞부분만 잘라서 관리한다.), 원래의 값을 이용해 인덱싱하는 알고리즘이다.
Hash 인덱스 알고리즘
- 칼럼의 값으로 해시 값을 계산해서 인덱싱하는 알고리즘으로 매우 빠른 검색을 지원한다. 하지만 값을 변형해서 인덱싱하므로, 특정 문자로 시작하는 값으로 검색을 하는 전방 일치와 같이 값의 일부만으로 검색하고자 할 때는 해시 인덱스를 사용할 수 없다. 주로 메모리 기반의 데이터베이스에서 많이 사용한다.
왜 index 를 생성하는데 b-tree 를 사용하는가?
- 데이터에 접근하는 시간복잡도가 O(1)인 hash table 이 더 효율적일 것 같은데? SELECT 질의의 조건에는 부등호(<>) 연산도 포함이 된다. hash table 을 사용하게 된다면 등호(=) 연산이 아닌 부등호 연산의 경우에 문제가 발생한다. 동등 연산(=)에 특화된 hashtable은 데이터베이스의 자료구조로 적합하지 않다.
그 밖의 인덱스
- 풀 텍스트 인덱스 ( Full Text Index ) -
  - "ㅇㅇ"단어를 포함한 행을 검색하고 싶을 때 사용합니다.
  - B+트리는 LIKE 검색으로 중간일치, 후방일치 검색을 할 수 없지만, 전문검색 인덱스 방법으로는 가능합니다.
  - 형태 분석법, N 그램을 통해 단어를 구분합니다.
- R 트리 인덱스 ( 공간 인덱스 ) -
  - 최소 경계 사각형( MBR, Minimum Bounding Rectangle )이라는 개념을 사용해 인덱스를 구성합니다.
    - MBR이란 어떤 도형을 둘러싼 최소의 직사각형을 의미합니다.
  - 2차원의 데이터를 인덱싱하고 검색하려는 목적으로 사용되며, GPS( 위도, 경도 ) 같은 공간 검색에 활용됩니다.