先来看看二叉树
二叉树是大家熟知的一种树,用它来做索引行不行,可以是可以,但有几个问题:
1. 如果索引数据很多,树的层次会很高(只有左右两个子节点),数据量大时查询还是会慢
2. 二叉树每个节点只存储一个记录,一次查询在树上找的时候花费磁盘IO次数较多
所以它并不适合直接拿来做索引存储,算法设计人员在二叉树的基础之上进行了变种,引入了B树的概念
如上图可知BTREE有以下特点:
1.不再是二叉搜索,而是N叉搜索,树的高度会降低,查询快
2.叶子节点,非叶子节点,都可以存储数据,且可以存储多个数据
3.通过中序遍历,可以访问树上所有节点
当我们利用索引查询的时候,不可能把整个索引全部加载到内存里,能做的只有逐一加载每一个磁盘页,这里的磁盘页对应着索引树的节点,也就是说索引树越低,我们的进行的磁盘IO数就越少,也就越能提高效率
B树被作为实现索引的数据结构被创造出来,是因为它能够完美的利用“局部性原理”,其设计逻辑是这样的
1.内存读写快,磁盘读写慢,而且慢很多
2.磁盘预读:磁盘读写并不是按需读取,而是按页预读,一次会读一页的数据,每次加载一些看起来是冗余的数据,如果未来要读取的数据就在这一页中,可以避免未来的磁盘读写,提高效率(通常,一页数据是4K)
3.局部性原理:软件设计要尽量遵循“数据读取集中”与“使用到一个数据,大概率会使用其附近的数据”,这样磁盘预读能充分提高磁盘IO效能
早先的MySQL就是使用的BTREE做为索引的数据结构,随着时间推移,B树发生了较多的变种,其中最常见的就是B+TREE变种,现在MySQL用的就是这种,示意如下:
B+TREE改进点及优势所在:
1. 仍然是N叉树,层级小,非叶子节点不再存储数据,数据只存储在同一层的叶子节点上,B+树从根到每一个节点的路径长度一样,而B树不是这样
2. 叶子之间,增加了链表(图中红色箭头指向),获取所有节点,不再需要中序遍历,使用链表的next节点就可以快速访问到
3. 范围查找方面,当定位min与max之后,中间叶子节点,就是结果集,不用中序回溯(范围查询在SQL中用得很多,这是B+树比B树最大的优势)
4. 叶子节点存储实际记录行,记录行相对比较紧密的存储,适合大数据量磁盘存储;非叶子节点存储记录的PK,用于查询加速,适合内存存储
5. 非叶子节点,不存储实际记录,而只存储记录的KEY的话,那么在相同内存的情况下,B+树能够存储更多索引,意味着B+树比B树更矮,磁盘IO次数越少
用通俗易懂的话,总结B+树的优势
B+树的优势:
1.单一节点存储更多的元素,使得查询的IO次数更少。
2.所有查询都要查找到叶子节点,查询性能稳定。
3.所有叶子节点形成有序链表,便于范围查询。
来自:小灰