mysql索引的数据结构为什么用B+树,知其所以然

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS PostgreSQL,集群系列 2核4GB
简介: mysql索引的数据结构为什么用B+树,知其所以然

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)。
在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述
图片来自网络

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-Velsky 和 E.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。

4.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。
在这里插入图片描述
图片来自网络

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。

5.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。
在这里插入图片描述
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。

相关实践学习
如何在云端创建MySQL数据库
开始实验后,系统会自动创建一台自建MySQL的 源数据库 ECS 实例和一台 目标数据库 RDS。
全面了解阿里云能为你做什么
阿里云在全球各地部署高效节能的绿色数据中心,利用清洁计算为万物互联的新世界提供源源不断的能源动力,目前开服的区域包括中国(华北、华东、华南、香港)、新加坡、美国(美东、美西)、欧洲、中东、澳大利亚、日本。目前阿里云的产品涵盖弹性计算、数据库、存储与CDN、分析与搜索、云通信、网络、管理与监控、应用服务、互联网中间件、移动服务、视频服务等。通过本课程,来了解阿里云能够为你的业务带来哪些帮助 &nbsp; &nbsp; 相关的阿里云产品:云服务器ECS 云服务器 ECS(Elastic Compute Service)是一种弹性可伸缩的计算服务,助您降低 IT 成本,提升运维效率,使您更专注于核心业务创新。产品详情: https://www.aliyun.com/product/ecs
目录
相关文章
|
15天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
阿里面试:为什么要索引?什么是MySQL索引?底层结构是什么?
尼恩是一位资深架构师,他在自己的读者交流群中分享了关于MySQL索引的重要知识点。索引是帮助MySQL高效获取数据的数据结构,主要作用包括显著提升查询速度、降低磁盘I/O次数、优化排序与分组操作以及提升复杂查询的性能。MySQL支持多种索引类型,如主键索引、唯一索引、普通索引、全文索引和空间数据索引。索引的底层数据结构主要是B+树,它能够有效支持范围查询和顺序遍历,同时保持高效的插入、删除和查找性能。尼恩还强调了索引的优缺点,并提供了多个面试题及其解答,帮助读者在面试中脱颖而出。相关资料可在公众号【技术自由圈】获取。
|
23天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
Mysql(4)—数据库索引
数据库索引是用于提高数据检索效率的数据结构,类似于书籍中的索引。它允许用户快速找到数据,而无需扫描整个表。MySQL中的索引可以显著提升查询速度,使数据库操作更加高效。索引的发展经历了从无索引、简单索引到B-树、哈希索引、位图索引、全文索引等多个阶段。
56 3
Mysql(4)—数据库索引
|
17天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
如何在MySQL中进行索引的创建和管理?
【10月更文挑战第16天】如何在MySQL中进行索引的创建和管理?
41 1
|
7天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
数据库优化:MySQL索引策略与查询性能调优实战
【10月更文挑战第27天】本文深入探讨了MySQL的索引策略和查询性能调优技巧。通过介绍B-Tree索引、哈希索引和全文索引等不同类型,以及如何创建和维护索引,结合实战案例分析查询执行计划,帮助读者掌握提升查询性能的方法。定期优化索引和调整查询语句是提高数据库性能的关键。
38 0
|
7天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
数据库优化:MySQL索引策略与查询性能调优实战
【10月更文挑战第26天】数据库作为现代应用系统的核心组件,其性能优化至关重要。本文主要探讨MySQL的索引策略与查询性能调优。通过合理创建索引(如B-Tree、复合索引)和优化查询语句(如使用EXPLAIN、优化分页查询),可以显著提升数据库的响应速度和稳定性。实践中还需定期审查慢查询日志,持续优化性能。
34 0
|
19天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
mysql8索引优化
综上所述,深入理解和有效实施这些索引优化策略,是解锁MySQL 8.0数据库高性能查询的关键。
27 0
|
22天前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
美团面试:mysql 索引失效?怎么解决? (重点知识,建议收藏,读10遍+)
本文详细解析了MySQL索引失效的多种场景及解决方法,包括破坏最左匹配原则、索引覆盖原则、前缀匹配原则、`ORDER BY`排序不当、`OR`关键字使用不当、索引列上有计算或函数、使用`NOT IN`和`NOT EXISTS`不当、列的比对等。通过实例演示和`EXPLAIN`命令分析,帮助读者深入理解索引失效的原因,并提供相应的优化建议。文章还推荐了《尼恩Java面试宝典》等资源,助力面试者提升技术水平,顺利通过面试。
|
26天前
|
存储 SQL 关系型数据库
Mysql学习笔记(二):数据库命令行代码总结
这篇文章是关于MySQL数据库命令行操作的总结,包括登录、退出、查看时间与版本、数据库和数据表的基本操作(如创建、删除、查看)、数据的增删改查等。它还涉及了如何通过SQL语句进行条件查询、模糊查询、范围查询和限制查询,以及如何进行表结构的修改。这些内容对于初学者来说非常实用,是学习MySQL数据库管理的基础。
103 6
|
26天前
|
SQL Ubuntu 关系型数据库
Mysql学习笔记(一):数据库详细介绍以及Navicat简单使用
本文为MySQL学习笔记,介绍了数据库的基本概念,包括行、列、主键等,并解释了C/S和B/S架构以及SQL语言的分类。接着,指导如何在Windows和Ubuntu系统上安装MySQL,并提供了启动、停止和重启服务的命令。文章还涵盖了Navicat的使用,包括安装、登录和新建表格等步骤。最后,介绍了MySQL中的数据类型和字段约束,如主键、外键、非空和唯一等。
62 3
Mysql学习笔记(一):数据库详细介绍以及Navicat简单使用
|
9天前
|
关系型数据库 MySQL Linux
在 CentOS 7 中通过编译源码方式安装 MySQL 数据库的详细步骤,包括准备工作、下载源码、编译安装、配置 MySQL 服务、登录设置等。
本文介绍了在 CentOS 7 中通过编译源码方式安装 MySQL 数据库的详细步骤,包括准备工作、下载源码、编译安装、配置 MySQL 服务、登录设置等。同时,文章还对比了编译源码安装与使用 RPM 包安装的优缺点,帮助读者根据需求选择最合适的方法。通过具体案例,展示了编译源码安装的灵活性和定制性。
45 2