PostgreSQL：创建索引以快速区分 NULL 和非 NULL 值

Question

考虑使用以下 WHERE 谓词的 SQL 查询：

...
WHERE name IS NOT NULL
...

name 是 PostgreSQL 中的文本字段。

没有其他查询检查此值的任何文本属性，只是检查它是否为NULL。因此，a full btree index 似乎有点矫枉过正，尽管it supports this distinction:

此外，索引列上的 IS NULL 或 IS NOT NULL 条件可以与 B 树索引一起使用。

什么是正确的 PostgreSQL 索引来快速区分NULLs 和非NULLs？

Answer 1

我在解释你声称它在两个方面“矫枉过正”：在复杂性（使用 B-Tree 而不仅仅是一个列表）和空间/性能方面。

对于复杂性，这并不过分。 B-Tree 索引更可取，因为从中 deletes 会比某种“无序”索引更快（因为没有更好的术语）。 （无序索引需要完整的索引扫描才能删除。）鉴于这一事实，无序索引的任何收益通常都会被损害所抵消，因此开发工作是不合理的。

但是，对于空间和性能，如果您想要一个高度选择性的索引以提高效率，您可以在索引上包含一个WHERE 子句，如fine manual 中所述：

CREATE INDEX ON my_table (name) WHERE name IS NOT NULL;

请注意，只有当它允许 PostgreSQL 在执行查询时忽略 大量 行时，您才能从该索引中看到好处。例如，如果 99% 的行有 name IS NOT NULL，那么索引不会给你带来任何好处，而不仅仅是让全表扫描发生；事实上，它的效率会更低（如@CraigRinger 所述），因为它需要额外的磁盘读取。然而，如果只有 1% 的行有 name IS NOT NULL，那么这代表着巨大的节省，因为 PostgreSQL 可以忽略大部分表来进行查询。如果您的表非常大，那么即使消除 50% 的行也可能是值得的。这是一个调优问题，索引是否有价值在很大程度上取决于数据的大小和分布。

此外，如果您仍需要为 name IS NULL 行创建另一个索引，则空间方面的收益非常小。详情请见Craig Ringer's answer。

Answer 2

您可以使用表达式索引，但不应该。保持简单，并使用普通的 b-tree。

---

可以在colname IS NOT NULL上创建表达式索引：

test=> CREATE TABLE blah(name text);
CREATE TABLE
test=> CREATE INDEX name_notnull ON blah((name IS NOT NULL));
CREATE INDEX
test=> INSERT INTO blah(name) VALUES ('a'),('b'),(NULL);
INSERT 0 3
test=> SET enable_seqscan = off;
SET
craig=> SELECT * FROM blah WHERE name IS NOT NULL;
 name 
------
 a
 b
(2 rows)

test=> EXPLAIN SELECT * FROM blah WHERE name IS NOT NULL;
                                 QUERY PLAN                                  
-----------------------------------------------------------------------------
 Bitmap Heap Scan on blah  (cost=9.39..25.94 rows=1303 width=32)
   Filter: (name IS NOT NULL)
   ->  Bitmap Index Scan on name_notnull  (cost=0.00..9.06 rows=655 width=0)
         Index Cond: ((name IS NOT NULL) = true)
(4 rows)

test=> SET enable_bitmapscan = off;
SET
test=> EXPLAIN SELECT * FROM blah WHERE name IS NOT NULL;
                                  QUERY PLAN                                  
------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using name_notnull on blah  (cost=0.15..55.62 rows=1303 width=32)
   Index Cond: ((name IS NOT NULL) = true)
   Filter: (name IS NOT NULL)
(3 rows)

...但 Pg 没有意识到它也可用于IS NULL：

test=> EXPLAIN SELECT * FROM blah WHERE name IS NULL;
                               QUERY PLAN                                
-------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on blah  (cost=10000000000.00..10000000023.10 rows=7 width=32)
   Filter: (name IS NULL)
(2 rows)

甚至将NOT (name IS NOT NULL) 转换为name IS NULL，这通常是您想要的。

test=> EXPLAIN SELECT * FROM blah WHERE NOT (name IS NOT NULL);
                               QUERY PLAN                                
-------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on blah  (cost=10000000000.00..10000000023.10 rows=7 width=32)
   Filter: (name IS NULL)
(2 rows)

所以实际上你最好使用两个不相交的表达式索引，一个在空集上，一个在非空集上。

test=> DROP INDEX name_notnull ;
DROP INDEX
test=> CREATE INDEX name_notnull ON blah((name IS NOT NULL)) WHERE (name IS NOT NULL);
CREATE INDEX
test=> EXPLAIN SELECT * FROM blah WHERE name IS NOT NULL;
                                QUERY PLAN                                
--------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using name_notnull on blah  (cost=0.13..8.14 rows=3 width=32)
   Index Cond: ((name IS NOT NULL) = true)
(2 rows)

test=> CREATE INDEX name_null ON blah((name IS NULL)) WHERE (name IS NULL);
CREATE INDEX
craig=> EXPLAIN SELECT * FROM blah WHERE name IS NULL;
                              QUERY PLAN                               
-----------------------------------------------------------------------
 Index Scan using name_null on blah  (cost=0.12..8.14 rows=1 width=32)
   Index Cond: ((name IS NULL) = true)
(2 rows)

虽然这很可怕。对于大多数明智的用途，我只使用普通的 b-tree 索引。索引大小的改进并不太令人兴奋，至少对于小的输入，比如我用一堆 md5 值创建的虚拟对象：

test=> SELECT pg_size_pretty(pg_relation_size('blah'));
 pg_size_pretty 
----------------
 9416 kB
(1 row)

test=> SELECT pg_size_pretty(pg_relation_size('blah_name'));
 pg_size_pretty 
----------------
 7984 kB
(1 row)

test=> SELECT pg_size_pretty(pg_relation_size('name_notnull'));
 pg_size_pretty 
----------------
 2208 kB
(1 row)

test=> SELECT pg_size_pretty(pg_relation_size('name_null'));
 pg_size_pretty 
----------------
 2208 kB
(1 row)

Answer 3

您可以使用 (title IS NULL) 之类的表达式作为索引列。所以这可以按预期工作：

CREATE INDEX index_articles_on_title_null ON articles ( (title IS NULL) );
SELECT * FROM articles WHERE (title IS NULL)='t';

这比使用谓词有很大的优势，在这种情况下，存储在索引中的值只是一个是/否布尔值，而不是完整的列值。因此，特别是如果您的 NULL 检查列往往包含较大的值（如此处的标题文本字段），那么这种索引方式比使用谓词索引更节省空间。