索引是为了加速对表中数据行的检索而创建的一种分散的存储结构。它是针对表而建立的，由数据页面以外的索引页面组成，每个索引页面中的行都会含有逻辑指针，以便加速检索物理数据。

在数据库系统中建立索引主要有以下作用：

• 快速取数据：索引提供指向存储在表的指定列中的数据值的指针，然后根据指定的排序顺序对这些指针排序。数据库使用索引以找到特定值，然后通过这些指针快速找到包含该值的行，从而加快对表中数据的检索速度。

• 保证数据记录的唯一性：索引可以保证数据的唯一性，即每个索引值对应唯一的数据记录。通过唯一索引，可以快速地检索和定位具有唯一标识的数据行。

• 实现表与表之间的参照完整性：索引可以帮助实现表与表之间的参照完整性。通过在相关联的表上建立索引，可以确保引用完整性，即在一个表中引用另一个表的数据时，确保引用的数据是有效的。

• 在使用ORDER by、group by子句进行数据检索时，利用索引可以减少排序和分组的时间。索引已经对数据进行了排序，因此在使用这些子句时，可以直接利用索引的排序结果，避免了对数据的重新排序操作。

在 PostgreSQL 中，索引的分类主要有以下几种：

• B-tree 索引：这是 PostgreSQL 的默认索引类型。B-tree 索引能够支持大部分的查询操作，包括等于、不等于、大于、小于等条件查询。

• Hash 索引：Hash 索引适用于等值查询，但不支持范围查询。由于其基于哈希表，所以对于等值查询非常高效。但是，Hash 索引不支持多列索引和排序操作。

• GiST (Generalized Search Tree)：GiST 是一种扩展的索引类型，支持对非标准数据类型的索引，如数组、全文搜索、空间数据等。GiST 提供了基于空间的索引，适用于空间数据和范围查询。

• SP-GiST (Space-Partitioned Generalized Search Tree)：SP-GiST 是 GiST 的一个变种，特别适用于需要处理大量数据和高度变化的场景。

• BRIN (Block Range Index)：BRIN 索引主要用于处理大量连续的数据块。它通过减少存储空间和提高查询性能来优化大数据量的范围查询。

• Bitmap 索引：Bitmap 索引适用于具有少量唯一值的列。它通过位图的方式存储索引，可以快速判断某个值是否存在。但是，Bitmap 索引不适合包含大量唯一值的列，因为每个唯一值都需要一个位图，导致存储空间较大。

• Function-based indexes：这种索引基于函数的计算结果来创建索引。例如，可以基于一个日期函数或字符串函数创建索引。

• Partial indexes：Partial 索引允许只对表中的一部分数据创建索引。这种索引对于大型表特别有用，因为它可以减少索引的大小和查询时间。

• Expression-based indexes：表达式索引允许基于列的表达式创建索引，而不是直接基于列的值。这可以用于创建基于计算结果的索引，或者用于提高特定查询的性能。

• Multicolumn indexes：多列索引允许在多个列上创建一个联合索引。这种索引对于那些经常一起被查询的列特别有用。

• Text search indexes：文本搜索索引用于加速文本搜索查询。PostgreSQL 提供了一个扩展叫做 tsearch2，后来被 tsearch2 和 pg_trgm 替代，用于文本搜索和模糊查询。

这些是 PostgreSQL 支持的主要索引类型，每种类型都有其适用的场景和优缺点。选择合适的索引类型取决于查询需求、数据量、数据分布等因素。

索引的设计原则主要包括以下几点：

• 选择性原则：选择具有高选择性的列作为索引，以提高使用索引的效率。选择性是指唯一值与总行数之比，选择性的值越高，使用索引的效率越高。

• 针对性原则：针对数据量较大且查询频繁的表建立索引。对于经常作为查询条件、排序和分组操作的字段建立索引，以提高查询性能。

• 前缀原则：如果某个字段的长度较长，可以考虑建立前缀索引，以节省存储空间。

• 联合索引原则：尽量使用联合索引，减少单列索引。联合索引可以覆盖多个列，减少存储空间的使用，提高查询效率。

• 维护原则：控制索引的数量，过多的索引会影响增删改的效率。同时，要定期维护和重建索引，以保证其性能。

• 使用覆盖索引：如果查询只涉及到索引中的信息，则可以直接通过索引返回结果，而不需要回表查找，从而提高查询效率。

• 避免过度索引：索引需要额外的磁盘空间，并降低写操作的性能。因此，不要在每个字段上都建立索引。

• 考虑查询优化器：查询优化器知道哪些索引最有效地用于查询。因此，在创建表时，应尽量满足查询优化器的需求。

• 主键原则：对于 InnoDB 存储引擎的表，记录默认会按照一定的顺序保存。如果有明确定义的主键，则按照主键顺序保存。如果没有明确定义的主键，则可以创建一个组合索引作为主键。

• 外键原则：定义有外键的数据列一定要建立索引。

• 更新频率原则：对于更新频繁的字段，不适合创建索引。因为每次更新操作都需要维护索引结构，这会增加写操作的性能开销。

• 大文本和大对象原则：大文本和大对象字段不适合创建索引，因为它们本身就占据了大量空间，而创建索引又需要额外的空间。