段与表空间：Oracle数据库存储优化的关键因素

1. 段（Segment）的概念

段是数据库中存储数据对象的逻辑单元，一个段由多个区（Extent）组成，每个区由一组连续的Oracle数据块构成。段是在表空间中分配的，用于存储特定的数据类型。例如，一个表或索引的数据会存储在与其相关联的段中。

在Oracle数据库中，段根据数据类型的不同，可以分为四种主要类型：数据段（Data Segment）、索引段（Index Segment）、临时段（Temporary Segment） 和 回滚段（Undo Segment）。

2. 四种主要段的类型和功能

2.1 数据段（Data Segment）

数据段专用于存储表中的数据。在默认情况下，每个表在创建时会在表空间中自动创建一个数据段，表的数据将存储在该段中。每个表段只对应一个表，也就是说，表中所有的数据都存储在与该表对应的数据段中。

• 举例：有一个名为employees的表，当你在数据库中创建这个表时，系统会在指定的表空间中为employees表创建一个数据段，所有的员工数据都存储在这个段中。如果表的数据量增加，数据段会自动扩展，以容纳更多的数据。

2.2 索引段（Index Segment）

索引段用于存储表中索引的数据。当用户为表创建索引时，系统会在表空间中为这个索引创建一个索引段，索引的数据存储在这个索引段中。索引段和数据段是相互独立的，索引段专门用于存储索引数据。

• 举例：假设你为employees表中的employee_id列创建了一个索引，系统会为这个索引在表空间中创建一个索引段，employee_id的索引数据将存储在这个索引段中。每当表中的employee_id列发生变化，索引段中的数据也会相应更新。

2.3 临时段（Temporary Segment）

临时段用于存储临时数据，这些数据通常是由于排序或其他临时操作生成的。当用户执行复杂的查询操作时，例如带有ORDER BY、GROUP BY等语句时，系统需要对数据进行排序，这时会使用临时段来存储这些排序数据。

• 举例：当你运行一个查询语句如SELECT * FROM employees ORDER BY last_name时，数据库需要将last_name列的值进行排序。这些排序过程中产生的临时数据将被存储在临时段中。排序操作结束后，临时段中的数据会被释放。

Oracle数据库建议为临时段创建专门的临时表空间，以避免频繁使用系统表空间中的重要资源，这样可以提高数据库的整体性能。

2.4 回滚段（Undo Segment）

回滚段用于存储回滚数据，回滚数据是事务处理中未提交的数据。当用户执行一个数据修改操作（例如INSERT、UPDATE或DELETE），数据库会将修改前的数据保存在回滚段中。如果事务最终没有提交，这些数据可以用来恢复原始状态。

• 举例：如果你删除了employees表中的一条记录，但事务尚未提交，数据库会将删除前的这条记录存储在回滚段中。如果你决定回滚这个事务，回滚段中的数据将被用来恢复被删除的记录，使表恢复到删除操作前的状态。

Oracle 11g提供了两种管理回滚段的方法：手动管理方式和自动管理方式。手动管理方式要求管理员手动维护回滚段，而自动管理方式通过专门的UNDO表空间管理回滚数据。在Oracle 12c中，还增加了临时回滚段（Temporary UNDO）的功能，用于减少重做日志的生成频率。

3. Oracle 12c的新特性：Temporary UNDO

Oracle 12c引入了Temporary UNDO，这是一个用于存储临时回滚数据的机制。它减少了UNDO表空间中的存储压力，并降低了重做日志的生成频率。这一特性极大地提升了数据库在处理大量临时数据时的效率。

段（Segment）在Oracle数据库中是一个重要的概念，用于存储表、索引、临时数据和回滚数据。每种段都有其特定的用途，合理管理这些段对于优化数据库性能至关重要。

为了更好地理解Oracle数据库中段（Segment）的概念，以下将结合SQL语句进行详细举例说明，包括数据段、索引段、临时段和回滚段的实际应用。

详细举例

1. 数据段（Data Segment）

数据段用于存储表中的数据。在Oracle中，每创建一个表，就会自动创建一个与之对应的数据段来存储表中的数据。每个数据段只能对应一个表。

举例说明：

-- 创建一个名为 employees 的表，并插入一些数据
CREATE TABLE employees (
    employee_id NUMBER PRIMARY KEY,
    first_name VARCHAR2(50),
    last_name VARCHAR2(50),
    salary NUMBER
);

-- 插入一些数据
INSERT INTO employees VALUES (1, 'John', 'Doe', 50000);
INSERT INTO employees VALUES (2, 'Jane', 'Smith', 60000);
INSERT INTO employees VALUES (3, 'Mike', 'Johnson', 45000);

-- 查询表中的数据
SELECT * FROM employees;

• 在执行CREATE TABLE employees时，Oracle会在默认的表空间中为employees表创建一个数据段，用于存储该表的数据。
• 每当我们插入一条记录，这些数据都会被存储在这个数据段中。比如INSERT INTO employees语句将数据插入到employees表中，数据实际存储在employees表对应的数据段中。

2. 索引段（Index Segment）

索引段用于存储索引的数据。当你为一个表创建索引时，Oracle会自动为这个索引创建一个索引段。

举例说明：

-- 为 employees 表的 employee_id 列创建一个索引
CREATE INDEX emp_id_idx ON employees(employee_id);

-- 查询使用索引的效果
SELECT * FROM employees WHERE employee_id = 2;

• CREATE INDEX emp_id_idx ON employees(employee_id);这条语句在employees表的employee_id列上创建了一个索引。此时，Oracle会在表空间中为这个索引分配一个索引段。
• 当我们执行SELECT * FROM employees WHERE employee_id = 2;时，数据库会通过索引查找满足条件的数据，这些索引数据是存储在索引段中的。

3. 临时段（Temporary Segment）

临时段用于存储排序或其它临时操作的数据。这些数据在排序操作结束后会被释放。

举例说明：

-- 执行一个需要排序的查询语句
SELECT * FROM employees ORDER BY salary;

• SELECT * FROM employees ORDER BY salary;语句对employees表中的数据进行排序。Oracle数据库可能会在后台创建一个临时段，用于存储排序过程中的临时数据。这些数据通常会存储在PGA（Program Global Area）中，但如果数据量过大，需要更多的空间，Oracle会在临时表空间中分配一个临时段来存储这些数据。
• 当查询操作结束后，临时段的数据会被释放，段本身也会被删除。

4. 回滚段（Undo Segment）

回滚段用于存储事务的回滚数据，主要在未提交事务的过程中保存数据的原始状态。回滚段在Oracle的事务管理中起着关键作用。

举例说明：

-- 开启一个事务，并进行删除操作
BEGIN
    DELETE FROM employees WHERE employee_id = 1;

    -- 此时数据尚未提交，Oracle会将删除前的记录保存到回滚段中
    -- 查询还未提交的数据，这时可以看到已删除的数据
    SELECT * FROM employees WHERE employee_id = 1 FOR UPDATE;

    -- 回滚事务，撤销删除操作
    ROLLBACK;

    -- 再次查询数据，这时可以看到被回滚的数据仍然存在
    SELECT * FROM employees WHERE employee_id = 1;
END;

• 在删除操作DELETE FROM employees WHERE employee_id = 1;执行时，Oracle会将被删除的数据临时保存在回滚段中，以便在事务未提交前可以随时撤销该操作。
• ROLLBACK;语句会撤销事务，这时，数据段中的修改被回滚，表恢复到删除操作前的状态。

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