SQL技巧:MySQL用B+树做索引

2020/12/18 17:41
阅读数 205

如题发问:为什么MySQL用B+树做索引的原因而不是B树?

众所周知,MySQL的索引使用了B+树的数据结构。那么为什么不用B树呢?
先看一下B树和B+树的区别。

1.B树

维基百科对B树的定义为“在计算机科学中,B树(B-tree)是一种树状数据结构,它能够存储数据、对其进行排序并允许以O(log n)的时间复杂度运行进行查找、顺序读取、插入和删除的数据结构。B树,概括来说是一个节点可以拥有多于2个子节点的二叉查找树。与自平衡二叉查找树不同,B-树为系统最优化大块数据的读和写操作。B-tree算法减少定位记录时所经历的中间过程,从而加快存取速度。普遍运用在数据库和文件系统。”

B 树可以看作是对2-3查找树的一种扩展,即他允许每个节点有M-1个子节点。

1.1定义

  • 根节点至少有两个子节点
  • 每个节点有M-1个key,并且以升序排列
  • 位于M-1和M key的子节点的值位于M-1 和M key对应的Value之间
  • 其它节点至少有M/2个子节点
    下图是一个M=4 阶的B树:

    M=4的B树
     

    可以看到B树是2-3树的一种扩展,他允许一个节点有多于2个的元素。

B树的插入及平衡化操作和2-3树很相似,这里就不介绍了。下面是往B树中依次插入
6 10 4 14 5 11 15 3 2 12 1 7 8 8 6 3 6 21 5 15 15 6 32 23 45 65 7 8 6 5 4 的演示动画:

 
btreebuild

2.B+树

B+树是对B树的一种变形树,它与B树的差异在于:

  • 有k个子结点的结点必然有k个关键码。
  • 非叶结点仅具有索引作用,跟记录有关的信息均存放在叶结点中。
  • 树的所有叶结点构成一个有序链表,可以按照关键码排序的次序遍历全部记录。
    如下图是一个B+树:

    M=4的B+树
     

    下图是B+树的建立过程:

      
    Bplustreebuild.gif

B+树和B树的区别

B+树的非叶子结点只包含导航信息,不包含实际的值,所有的叶子结点和相连的节点使用链表相连,便于区间查找和遍历。
B+ 树的优点在于:

  • IO次数更少:由于B+树在内部节点上不包含数据信息,因此在内存页中能够存放更多的key。 数据存放的更加紧密,具有更好的空间局部性。因此访问叶子节点上关联的数据也具有更好的缓存命中率。
  • 遍历更加方便:B+树的叶子结点都是相链的,因此对整棵树的遍历只需要一次线性遍历叶子结点即可。而且由于数据顺序排列并且相连,所以便于区间查找和搜索。而B树则需要进行每一层的递归遍历。相邻的元素可能在内存中不相邻,所以缓存命中性没有B+树好。

但是B树也有优点,其优点在于,由于B树的每一个节点都包含key和value,因此经常访问的元素可能离根节点更近,因此访问也更迅速。下面是B 树和B+树的区别图:

B树和B+树的区别图

为什么MySQL选择B+树做索引

1、 B+树的磁盘读写代价更低:B+树的内部节点并没有指向关键字具体信息的指针,因此其内部节点相对B树更小,如果把所有同一内部节点的关键字存放在同一盘块中,那么盘块所能容纳的关键字数量也越多,一次性读入内存的需要查找的关键字也就越多,相对IO读写次数就降低了。

2、B+树的查询效率更加稳定:由于非终结点并不是最终指向文件内容的结点,而只是叶子结点中关键字的索引。所以任何关键字的查找必须走一条从根结点到叶子结点的路。所有关键字查询的路径长度相同,导致每一个数据的查询效率相当。

3、B+树更便于遍历:由于B+树的数据都存储在叶子结点中,分支结点均为索引,方便扫库,只需要扫一遍叶子结点即可,但是B树因为其分支结点同样存储着数据,我们要找到具体的数据,需要进行一次中序遍历按序来扫,所以B+树更加适合在区间查询的情况,所以通常B+树用于数据库索引。

4、B+树更适合基于范围的查询:B树在提高了IO性能的同时并没有解决元素遍历的我效率低下的问题,正是为了解决这个问题,B+树应用而生。B+树只需要去遍历叶子节点就可以实现整棵树的遍历。而且在数据库中基于范围的查询是非常频繁的,而B树不支持这样的操作或者说效率太低。

参考

作者:Jarkata
链接:https://www.jianshu.com/p/7ce804f97967
来源:简书
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

展开阅读全文
加载中
点击引领话题📣 发布并加入讨论🔥
打赏
0 评论
0 收藏
0
分享
返回顶部
顶部