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为什么使用B+Tree索引?

程序员文章站 2022-05-03 14:12:10
BTree解决了磁盘IO的问题但没有解决元素遍历复杂的问题。 B+Tree的叶子节点用链指针相连,极大提高区间访问速度。 ......

什么是索引?

索引是一种数据结构,具体表现在查找算法上。


索引目的

提高查询效率

【类比字典和借书】

如果要查“mysql”这个单词,我们肯定需要定位到m字母,然后从下往下找到y字母,再找到剩下的sql。如果没有索引,那么你可能需要把所有单词看一遍才能找到你想要的。

去图书馆借书也是一样,如果你要借某一本书,一定是先找到对应的分类科目,再找到对应的编号,这是生活中活生生的例子,通用索引,可以加快查询速度,快速定位。


数据结构——树

为什么使用B+Tree索引?

二叉树

每个节点最多含有两个子树的树称为二叉树。


二叉查找树adt tree

左子树的键值小于根的键值,右子树的键值大于根的键值。

为什么使用B+Tree索引?

平衡二叉树avl tree

在符合二叉查找树的条件下,还满足任何节点的两个子树的高度最大差为1。

btree

btree也称为平衡多路查找树

b-tree是为磁盘等外存储设备设计的一种平衡查找树。

为什么使用B+Tree索引?

b+tree

b+tree是在b-tree基础上的一种优化

  • 非叶子结点只存储键值信息,不存储数据
  • 所有的叶子结点都有一个链指针
  • 数据记录都存放在叶子结点中

为什么使用B+Tree索引?


mysql默认使用b+tree索引

索引本身也很大,所以存储在磁盘中,需要加载到内存中执行。

故:索引结构优劣标准:磁盘i/o次数


btree是为了充分利用磁盘预读功能而创建出来的一种数据结构。

局部性原理和磁盘预读

局部性原理:当一个数据被用到,其附近的数据很可能会马上用到

磁盘预读:由于存储介质的特性,磁盘本身存取就比主存慢很多,再加上机械运动耗费,磁盘的存取速度往往是主存的几百分分之一,因此为了提高效率,要尽量减少磁盘i/o。为了达到这个目的,磁盘往往不是严格按需读取,而是每次都会预读,即使只需要一个字节,磁盘也会从这个位置开始,顺序向后读取一定长度的数据放入主存。


为什么平衡二叉树无法利用磁盘预读功能而btree可以?

平衡二叉树也称为红黑数,在逻辑上是平衡二叉树,但是在物理存储上使用的是数组,逻辑上相近的节点可能在物理上相差很远。


btree如何利用磁盘预读功能?

将节点大小设为等于一个页,btree新建节点时,也是按照页为单位申请,同时计算机存储分配也是按页对齐,那么一个节点只需一次io就可以读取全部节点数据。

【如果节点大小和btree大小不对齐,那么同一页节点可能需要两次io读取】

综上所述,用b-tree作为索引结构效率是非常高的。


为什么b+tree比btree更适合作为索引结构?

btree解决了磁盘io的问题但没有解决元素遍历复杂的问题。

b+tree的叶子节点用链指针相连,极大提高区间访问速度。【比如查询50到100的记录,查出50后,顺着指针遍历即可】