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1.B+树和B*树
1.1 B+树
B+树是B树的变形,是在B树基础上优化的多路平衡搜索树,B+树的规则跟B树基本类似,但是又在B树的基础上做了以下几点改进优化:
1. 分支节点的子树指针与关键字个数相同
2. 分支节点的子树指针p[i]指向关键字值大小在[k[i],k[i+1])区间之间
3. 所有叶子节点增加一个链接指针链接在一起
4. 所有关键字及其映射数据都在叶子节点出现
B+树的特性:
1. 所有关键字都出现在叶子节点的链表中,且链表中的节点都是有序的。
2. 不可能在分支节点中命中。
3. 分支节点相当于是叶子节点的索引,叶子节点才是存储数据的数据层。
1.2 B*树
B*树是B+树的变形,在B+树的非根和非叶子节点再增加指向兄弟节点的指针。
B+树的分裂:
当一个结点满时,分配一个新的结点,并将原结点中1/2的数据复制到新结点,最后在父结点中增加新结点的指针;B+树的分裂只影响原结点和父结点,而不会影响兄弟结点,所以它不需要指向兄弟的指针。
B*树的分裂:
当一个结点满时,如果它的下一个兄弟结点未满,那么将一部分数据移到兄弟结点中,再在原结点插入关键字,最后修改父结点中兄弟结点的关键字(因为兄弟结点的关键字范围改变了);如果兄弟也满了,则在原结点与兄弟结点之间增加新结点,并各复制1/3的数据到新结点,最后在父结点增加新结点的指针。
所以,B*树分配新结点的概率比B+树要低,空间使用率更高;
1.3 总结
通过以上介绍,大致将B树,B+树,B*树总结如下:
B树:有序数组+平衡多叉树;
B+树:有序数组链表+平衡多叉树;
B*树:一棵更丰满的,空间利用率更高的B+树。
2. B-树的应用
2.1 索引
B-树最常见的应用就是用来做索引。索引通俗的说就是为了方便用户快速找到所寻之物,比如: 书籍目录可以让读者快速找到相关信息,hao123网页导航网站,为了让用户能够快速的找到有价值的分类网站,本质上就是互联网页面中的索引结构。
MySQL官方对索引的定义为:索引(index)是帮助MySQL高效获取数据的数据结构,简单来说: 索引就是数据结构。
当数据量很大时,为了能够方便管理数据,提高数据查询的效率,一般都会选择将数据保存到数据库,因此数据库不仅仅是帮助用户管理数据,而且数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构,这些数据结构以某种方式引用数据,这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法, 该数据结构就是索引。
2.2 MySQL索引简介
mysql是目前非常流行的开源关系型数据库,不仅是免费的,可靠性高,速度也比较快,而且拥有灵活的插件式存储引擎,如下:
MySQL中索引属于存储引擎级别的概念,不同存储引擎对索引的实现方式是不同的。
注意:索引是基于表的,而不是基于数据库的。
2.2.1 MyISAM
MyISAM引擎是MySQL5.5.8版本之前默认的存储引擎,不支持事物,支持全文检索,使用B+Tree 作为索引结构,叶节点的data域存放的是数据记录的地址,其结构如下:
上图是以以Col1为主键,MyISAM的示意图,可以看出MyISAM的索引文件仅仅保存数据记录的地址。在MyISAM中,主索引和辅助索引(Secondary key)在结构上没有任何区别,只是主索引要求key是唯一的,而辅助索引的key可以重复。如果想在Col2上建立一个辅助索引,则此索引的结构如下图所示:
同样也是一棵B+Tree,data域保存数据记录的地址。因此,MyISAM中索引检索的算法为首先按照B+Tree搜索算法搜索索引,如果指定的Key存在,则取出其data域的值,然后以data域的值为地址,读取相应数据记录。MyISAM的索引方式也叫做“非聚集索引”的。
2.2.2 InnoDB
InnoDB存储引擎支持事务,其设计目标主要面向在线事务处理的应用,从MySQL数据库5.5.8版本开始,InnoDB存储引擎是默认的存储引擎。InnoDB支持B+树索引、全文索引、哈希索引。但 InnoDB使用B+Tree作为索引结构时,具体实现方式却与MyISAM截然不同。
第一个区别是InnoDB的数据文件本身就是索引文件。MyISAM索引文件和数据文件是分离的, 索引文件仅保存数据记录的地址。而InnoDB索引,表数据文件本身就是按B+Tree组织的一个索引结构,这棵树的叶节点data域保存了完整的数据记录。这个索引的key是数据表的主键,因此 InnoDB表数据文件本身就是主索引。
上图是InnoDB主索引(同时也是数据文件)的示意图,可以看到叶节点包含了完整的数据记录, 这种索引叫做聚集索引。因为InnoDB的数据文件本身要按主键聚集,所以InnoDB要求表必须有主键(MyISAM可以没有),如果没有显式指定,则MySQL系统会自动选择一个可以唯一标识数据记录的列作为主键,如果不存在这种列,则MySQL自动为InnoDB表生成一个隐含字段作为主键,这个字段长度为6个字节,类型为长整型。
第二个区别是InnoDB的辅助索引data域存储相应记录主键的值而不是地址,所有辅助索引都引用主键作为data域。
聚集索引这种实现方式使得按主键的搜索十分高效,但是辅助索引搜索需要检索两遍索引:首先检索辅助索引获得主键,然后用主键到主索引中检索获得记录。