h2database BTree 设计实现与查询优化思考

h2database 是使用Java 编写的开源数据库，兼容ANSI-SQL89。

即实现了常规基于 BTree 的存储引擎，又支持日志结构存储引擎。功能非常丰富（死锁检测机制、事务特性、MVCC、运维工具等），数据库学习非常好的案例。

本文理论结合实践，通过BTree 索引的设计和实现，更好的理解数据库索引相关的知识点以及优化原理。

BTree 实现类

h2database 默认使用的 MVStore 存储引擎，如果要使用 基于 BTree 的存储引擎，需要特别指定（如下示例代码 jdbcUrl）。

以下是常规存储引擎(BTree 结构) 相关的关键类。

• org.h2.table.RegularTable

• org.h2.index.PageBtreeIndex （SQL Index 本体实现）

• org.h2.store.PageStore （存储层，对接逻辑层和文件系统）

BTree 的数据结构可以从网上查到详细的描述和讲解，不做过多赘述。

需要特别说明的是：PageStore。我们数据查询和优化关键的缓存、磁盘读取、undo log都是由 PageStore 完成。可以看到详细的文档和完整的实现。

BTree add index entry 调用链

提供索引数据新增的调用链。同样的，索引的删除和查询都会涉及到，方便 debug 参考。

1. org.h2.command.dml.Insert#insertRows (Insert SQL 触发数据和索引新增)

2. org.h2.mvstore.db.RegularTable#addRow (处理完的数据Row, 执行新增)

3. org.h2.index.PageBtreeIndex#add (逻辑层增加索引数据)

4. org.h2.index.PageDataIndex#addTry (存储层增加索引数据)

5. org.h2.index.PageDataLeaf#addRowTry (存储层新增实现)

// 示例代码
// CREATE TABLE city (id INT(10) NOT NULL AUTO_INCREMENT, code VARCHAR(40) NOT NULL, name VARCHAR(40) NOT NULL);
public static void main(String[] args) throws SQLException {
   
    // 注意：MV_STORE=false，MVStore is used as default storage
    Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:h2:~/test;MV_STORE=false", "sa", "");
    Statement statement = conn.createStatement();
    // CREATE INDEX IDX_NAME ON city(code); 添加数据触发 BTree 索引新增
    // -- SQL 实例化为：IDX_NAME:16:org.h2.index.PageBtreeIndex
    statement.executeUpdate("INSERT INTO city(code,name) values('cch','长春')");
    statement.close();
    conn.close();
}

Code Insight

结合上述的示例代码，从索引新增的流程实现来了解BTree 索引的特性以及使用的注意事项。从底层实现分析索引的运行，对 SQL 索引使用和优化有进一步认识。

表添加数据

 public void addRow(Session session, Row row) {
   
    // MVCC 控制机制，记录和比对当前事务的 id
    lastModificationId = database.getNextModificationDataId();
    if (database.isMultiVersion()) {
   
        row.setSessionId(session.getId())