二叉樹,B樹,B 樹

2021-10-05 01:28:32 字數 1650 閱讀 9824

先來看看二叉樹

二叉樹是大家熟知的一種樹,用它來做索引行不行,可以是可以,但有幾個問題:

1.  如果索引資料很多,樹的層次會很高(只有左右兩個子節點),資料量大時查詢還是會慢 

2. 二叉樹每個節點只儲存乙個記錄,一次查詢在樹上找的時候花費磁碟io次數較多

所以它並不適合直接拿來做索引儲存,演算法設計人員在二叉樹的基礎之上進行了變種,引入了b樹的概念

如上圖可知btree有以下特點:

1.不再是二叉搜尋,而是n叉搜尋,樹的高度會降低,查詢快

2.葉子節點,非葉子節點,都可以儲存資料,且可以儲存多個資料

3.通過中序遍歷,可以訪問樹上所有節點

當我們利用索引查詢的時候,不可能把整個索引全部載入到記憶體裡,能做的只有逐一載入每乙個磁碟頁,這裡的磁碟頁對應著索引樹的節點,也就是說索引樹越低,我們的進行的磁碟io數就越少,也就越能提高效率

b樹被作為實現索引的資料結構被創造出來,是因為它能夠完美的利用「區域性性原理」,其設計邏輯是這樣的

1.記憶體讀寫快,磁碟讀寫慢,而且慢很多

2.磁碟預讀:磁碟讀寫並不是按需讀取,而是按頁預讀,一次會讀一頁的資料,每次載入一些看起來是冗餘的資料,如果未來要讀取的資料就在這一頁中,可以避免未來的磁碟讀寫,提高效率(通常,一頁資料是4k)

3.區域性性原理:軟體設計要盡量遵循「資料讀取集中」與「使用到乙個資料,大概率會使用其附近的資料」,這樣磁碟預讀能充分提高磁碟io效能

早先的mysql就是使用的btree做為索引的資料結構,隨著時間推移,b樹發生了較多的變種,其中最常見的就是b+tree變種,現在mysql用的就是這種,示意如下:

b+tree改進點及優勢所在:

1. 仍然是n叉樹,層級小,非葉子節點不再儲存資料,資料只儲存在同一層的葉子節點上,b+樹從根到每乙個節點的路徑長度一樣,而b樹不是這樣

2. 葉子之間,增加了鍊錶(圖中紅色箭頭指向),獲取所有節點,不再需要中序遍歷,使用鍊錶的next節點就可以快速訪問到

3. 範圍查詢方面,當定位min與max之後,中間葉子節點,就是結果集,不用中序回溯(範圍查詢在sql中用得很多,這是b+樹比b樹最大的優勢)

4. 葉子節點儲存實際記錄行,記錄行相對比較緊密的儲存,適合大資料量磁碟儲存;非葉子節點儲存記錄的pk,用於查詢加速,適合記憶體儲存

5. 非葉子節點,不儲存實際記錄,而只儲存記錄的key的話,那麼在相同記憶體的情況下,b+樹能夠儲存更多索引,意味著b+樹比b樹更矮,磁碟io次數越少

用通俗易懂的話,總結b+樹的優勢

b+樹的優勢:

1.單一節點儲存更多的元素,使得查詢的io次數更少。

2.所有查詢都要查詢到葉子節點,查詢效能穩定。

3.所有葉子節點形成有序鍊錶,便於範圍查詢。

來自:小灰

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