使用GIST索引处理复杂数据类型的搜索任务 - 云原生数据仓库AnalyticDB

btree_gist插件提供了一种使用GIST索引结构来模拟B树（B-tree）索引行为的方法。GIST允许用户为新的数据类型自定义索引策略，常用于处理复杂数据类型（多维数据、地理信息系统数据）的索引需求，并提供高效的搜索性能。

功能简介

btree_gist插件提供了GIST索引操作符类，为基础数据类型^①以及所有枚举类型实现了等同于B-tree的行为。通常来说，这些操作符的性能不会超过对应的标准B-tree索引性能，而且它们缺少了标准B-tree索引的一个主要功能：强制唯一性。然而，GIST索引操作符也提供了B-tree索引无法提供的一些其他功能。

除了典型的B-tree搜索操作符，btree_gist还提供了对不等于（<>）的索引支持。不等于索引在具有排除约束的场景中非常有用。

此外，对于有自然距离度量的数据类型，Btree-GIST定义了一个距离操作符<->，并为使用此操作符的最邻近搜索提供了GIST索引支持。仅对部分基础数据类型^②提供了距离操作符。

说明

^①：基础数据类型包含Int2、Int4、Int8、Float4、Float8、Numeric、Timestamp with time zone、Timestamp without time zone、Time with time zone、Time without time zone、Date、Interval、Oid、Money、Char、Varchar、Text、Bytea、Bit、Varbit、Macaddr、Macaddr8、Inet、Cidr、UUID和Bool。
^②：部分基础数据类型包含Int2、Int4、Int8、Float4、Float8、Numeric、Timestamp with time zone、Timestamp without time zone、Time with time zone、Time without time zone、Date、Interval、Oid和Money。

注意事项

btree_gist插件仅支持存储弹性模式实例，并且内核版本必须满足以下条件：

AnalyticDB PostgreSQL 6.0版实例并且版本为v6.6.2.1及以上。
AnalyticDB PostgreSQL 7.0版实例并且版本为v7.0.6.1及以上。

安装插件

请您在云原生数据仓库 AnalyticDB PostgreSQL 版实例插件管理中安装btree_gist插件。具体操作，请参见安装、升级与卸载插件。

GIST索引结构

GIST（Generalized Search Tree）索引是PostgreSQL提供的一种通用索引框架，它允许用户为复杂的数据类型创建索引。GIST是一种平衡树结构，可被看作是B-tree和R-tree索引的一个泛化，因而能够支持多种不同的搜索策略。

GIST索引的关键特性包括：

可扩展性：GIST索引允许开发者为新的数据类型自定义索引策略。这意味着开发者不仅能够为常规数据类型比如整数和字符串创建索引，还可以为地理空间数据、全文搜索、数组和其他更复杂的数据结构创建索引。btree_gist便是基于此特性扩展而来。
支持多种查询：GIST索引可以支持不同的查询操作，包括等于、不等于、范围查询、最邻近查询等。
适用于复杂数据类型：GIST索引特别适合用于复杂数据类型的索引，例如多维数据、地理信息系统（GIS）数据等，它们通常不适合使用传统的B-tree索引。
支持高效搜索和检索：GIST索引可以极大地加速查询速度，尤其是在处理复杂数据类型的搜索和检索任务时。

然而，GIST索引相比于专用的索引结构（如B-tree）在某些方面可能存在性能上的折中。GIST索引的维护（如插入和删除操作）可能会比B-tree索引更复杂且效率更低。此外，GIST索引的创建和重建也可能需要较多的时间。因此，请谨慎选择使用GIST索引。

示例用法

使用btree_gist代替btree

通过使用btree_gist索引实现对标量的自然距离度量。

例如，使用如下SQL实现查找距离42最近的10条数据。

CREATE TABLE test (a int4);
-- 创建索引。
CREATE INDEX testidx ON test USING GIST (a);
-- 查询。
SELECT * FROM test WHERE a < 10;
-- 最邻近搜索：找到距离42最近的十条数据。
SELECT *, a <-> 42 AS dist FROM test ORDER BY a <-> 42 LIMIT 10;

排它约束

通过btree_gist索引实现排他约束。

例如，动物园的一个笼子只能包含一种动物。对于123号笼子，当包含了zebra后，允许继续包含zebra，但不再允许包含lion。而对于新的笼子124，则允许包含lion。

=> CREATE TABLE zoo (
  cage   INTEGER,
  animal TEXT,
  EXCLUDE USING GIST (cage WITH =, animal WITH <>)
);
=> INSERT INTO zoo VALUES(123, 'zebra');
INSERT 0 1  --返回结果，表示写入一行删除0行。

=> INSERT INTO zoo VALUES(123, 'zebra');
INSERT 0 1

=> INSERT INTO zoo VALUES(123, 'lion');
ERROR:  conflicting key value violates exclusion constraint "zoo_cage_animal_excl"
DETAIL:  Key (cage, animal)=(123, lion) conflicts with existing key (cage, animal)=(123, zebra).

=> INSERT INTO zoo VALUES(124, 'lion');
INSERT 0 1