mysql 索引的数据结构为什么要采用B+树


Posted in MySQL onApril 26, 2022

前提: 以下的一些数据结构大家需提前知道,否则看起来会比较有困难,大家也可以按照本文所提到的知识点去主动查阅学习。

1. Hash表?No

因考虑到在数据检索的过程中经常会有范围的查询(如下),而hash表不能提供这种功能。

SELECT * FROM hero WHERE age>5 AND age<20;

使用哈希算法实现的索引虽然可以做到快速检索数据,但是没办法做数据高效范围查找,因此哈希索引是不适合作为 Mysql 的底层索引的数据结构。

2. 二叉查找树(BST)?No

二叉查找树(Binary Search Tree)虽然可以达到范围搜索,但是在树的插入过程中,如果插入的数据本来就是有顺序的,那么就会形成一条链(如下),它的最坏情况是O(n)。 

mysql 索引的数据结构为什么要采用B+树

3. 红黑树?No

红黑树虽然看似达到了平衡状态,但是也会有极端情况存在,和上述BST树一样,虽然不会成为链状,但是红黑树会存在右倾的现象。 

mysql 索引的数据结构为什么要采用B+树

在数据库中的基本主键自增操作,主键一般都是数百万数千万的,如果红黑树存在这种问题,对于查找性能而言也是巨大的消耗,我们数据库不可能忍受这种无意义的等待的。

4. 平衡二叉树(AVL)?差那么二点意思

平衡二叉树,英文翻译为Balanced Binary Tree,为啥叫AVL呢? AVL 是大学教授G.M. Adelson-VelskyE.M. Landis 名称的缩写,他们提出的平衡二叉树的概念,为了纪念他们,将平衡二叉树称为 AVL树。

AVL树本质上是一颗二叉查找树,但是它又具有以下特点:

  • 它是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1,
  • 左右两个子树也都是一棵平衡二叉树。

它不存在红黑树这种右倾的现象,也具备数据高效范围查找的能力,但是数据库查询数据的瓶颈在于磁盘的IO,树节点在磁盘空间中存储可能是不连续的,假设我们一次IO读取一个树的节点,此次读入内存的这页中没有其他树的节点,那么每读取一个树的节点,就要进行一次IO,这是多么消耗时间啊,所以我们设计数据库索引时需要首先考虑怎么尽可能减少磁盘 IO 的次数。 磁盘读取依靠的是机械运动,分为寻道时间、旋转延迟、传输时间三个部分,这三个部分耗时相加就是一次磁盘IO的时间;这个花费的时间成本是内存访问的十几万倍左右。 正是由于磁盘IO是非常昂贵的操作,所以计算机操作系统对此做了优化:预读;每一次IO时,不仅仅把当前磁盘地址的数据加载到内存,同时也把相邻数据也加载到内存缓冲区中。因为局部预读原理说明:当访问一个地址数据的时候,与其相邻的数据很快也会被访问到。每次磁盘IO读取的数据我们称之为一页(page)。一页的大小与操作系统有关,一般为4k或者8k。这也就意味着读取一页内数据的时候,实际上发生了一次磁盘IO。

相关术语解释:

扇区(sector):

  • 磁盘上的每个磁道被等分成多个弧段,这个弧段便称作扇区(sector)。
  • 扇区是磁盘物理层面的名称,它是实际发生读写的最底层。

磁盘块(IO Block):

  • 操作系统不与扇区直接进行交互,因为一般情况下一个扇区是512byte,如果1T去用512byte进行划分,那划分的地址空间太多了,为了让操作系统能够寻址到更大的地址空间,操作系统将相邻的扇区组合在一起,形成一个块,对块进行管理。每个磁盘块可以包括 2、4、8、16、32 或 64 个扇区,这便是磁盘块(IO Block)。
  • 磁盘块是操作系统中出现的名称,文件系统读写数据的最小单位,它同时也被叫做磁盘簇。

页(page):

  • 页是内存中出现的名称,它是内存的最小存储单位,页的大小通常为磁盘块大小的 2^n 倍。

5. B-tree(B-树也称B树)?差那么一点意思

B树是一种平衡的多叉树,B树相比于平衡二叉树(AVL),它能够在单个节点中存储大量键,也降低了树的高度,从而减少了IO的次数。 

mysql 索引的数据结构为什么要采用B+树

B树的节点中存储的是数据,单个节点存储的内容还是太少了,如何让一个节点存储的内容更多呢?B+树它来了。

6. B+树

在节点中存储某段数据的首地址,并且B+树的叶子节点用了一个链表串联起来,便于范围查找。 

mysql 索引的数据结构为什么要采用B+树

B+树高度降低,减少了磁盘 IO。其次,B+树的叶子节点是真正数据存储的地方,叶子节点用了链表连接起来,这个链表本身就是有序的,在数据范围查找时,更具备效率。因此 Mysql 的索引用的就是 B+树,B+树在查找效率、范围查找中都有着非常不错的性能。

到此这篇关于一文了解mysql索引的数据结构为什么用B+树的文章就介绍到这了!


Tags in this post...

MySQL 相关文章推荐
MySQL创建索引需要了解的
Apr 08 MySQL
分析mysql中一条SQL查询语句是如何执行的
Jun 21 MySQL
mysq启动失败问题及场景分析
Jul 15 MySQL
MySQL子查询中order by不生效问题的解决方法
Aug 02 MySQL
MySQL笔记 —SQL运算符
Jan 18 MySQL
关于k8s环境部署mysql主从的问题
Mar 13 MySQL
Mysql 8.x 创建用户以及授予权限的操作记录
Apr 18 MySQL
pt-archiver 主键自增
Apr 26 MySQL
MySQL的prepare使用以及遇到的bug
May 11 MySQL
MySQL添加索引特点及优化问题
Jul 23 MySQL
MySQL一劳永逸永久支持输入中文的方法实例
Aug 05 MySQL
MySQL存储过程及语法详解
Aug 05 MySQL
MySQ InnoDB和MyISAM存储引擎介绍
pt-archiver 主键自增
Apr 26 #MySQL
提高系统的吞吐量解决数据库重复写入问题
Apr 23 #MySQL
MySQL 数据库范式化设计理论
Apr 22 #MySQL
MySQL提取JSON字段数据实现查询
mysql使用FIND_IN_SET和group_concat两个方法查询上下级机构
Apr 20 #MySQL
在MySQL中你成功的避开了所有索引
Apr 20 #MySQL
You might like
php常用ODBC函数集(详细)
2013/06/24 PHP
PHP防盗链代码实例
2014/08/27 PHP
PHP MySql增删改查的简单实例
2016/06/21 PHP
PHP使用curl制作简易百度搜索
2016/11/03 PHP
PHP基础之输出缓冲区基本概念、原理分析
2019/06/19 PHP
使用dynatrace-ajax跟踪JavaScript的性能
2010/04/12 Javascript
分享10篇优秀的jQuery幻灯片制作教程及应用案例
2011/04/16 Javascript
jquery动态加载js三种方法实例
2013/08/03 Javascript
JavaScript DOM节点添加示例
2014/07/16 Javascript
TypeError document.getElementById(...) is null错误原因
2015/05/18 Javascript
JS实现选择TextArea内文本的方法
2015/08/03 Javascript
JS验证邮件地址格式方法小结
2015/12/01 Javascript
详解Bootstrap创建表单的三种格式(一)
2016/01/04 Javascript
浅谈jquery点击label触发2次的问题
2016/06/12 Javascript
原生js实现tab选项卡切换
2020/03/23 Javascript
Vue.use源码分析
2017/04/22 Javascript
vue实现路由不变的情况下,刷新页面操作示例
2020/02/02 Javascript
JS通用方法触发点击事件代码实例
2020/02/17 Javascript
浅析TypeScript 命名空间
2020/03/19 Javascript
从零学python系列之数据处理编程实例(一)
2014/05/22 Python
在Python中利用Pandas库处理大数据的简单介绍
2015/04/07 Python
python读取csv文件并把文件放入一个list中的实例讲解
2018/04/27 Python
Python中一些不为人知的基础技巧总结
2018/05/19 Python
基于python实现简单日历
2018/07/28 Python
浅谈Python反射 &amp; 单例模式
2019/03/21 Python
python双向链表原理与实现方法详解
2019/12/03 Python
python实现大战外星人小游戏实例代码
2019/12/26 Python
Python中remove漏删和索引越界问题的解决
2020/03/18 Python
python 如何利用argparse解析命令行参数
2020/09/11 Python
任意存:BOXFUL
2018/05/21 全球购物
C#实现对任一张表的数据进行增,删,改,查要求,运用Webservice,体现出三层架构
2014/07/11 面试题
三个儿子教学反思
2014/02/03 职场文书
纪念9.18事变演讲稿
2014/09/14 职场文书
反对形式主义、官僚主义、享乐主义和奢靡之风整改措施
2014/09/17 职场文书
2014年妇幼保健工作总结
2014/12/08 职场文书
2016年大学生党员公开承诺书
2016/03/24 职场文书