索引的原理

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B树

B 树的英文是 Balance Tree,也就是平衡的多路搜索树,它的高度远小于平衡二叉树的高度。在文件系统和数据库系统中的索引结构经常采用 B 树来实现。

B树的结构:

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一个 M 阶的 B 树(M>2)有以下的特性:

  • 根节点的儿子数的范围是[2,M]。
  • 每个中间节点包含 k-1 个关键字和 k 个孩子,孩子的数量 = 关键字的数量 +1,k 的取值范围为[ceil(M/2), M]。
  • 叶子节点包括 k-1 个关键字(叶子节点没有孩子),k 的取值范围为[ceil(M/2), M]。
  • 假设中间节点节点的关键字为:Key[1], Key[2], …, Key[k-1],且关键字按照升序排序,即 Key[i]<Key[i+1]。此时 k-1 个关键字相当于划分了 k 个范围,也就是对应着 k 个指针,即为:P[1], P[2], …, P[k],其中 P[1]指向关键字小于 Key[1]的子树,P[i]指向关键字属于 (Key[i-1], Key[i]) 的子树,P[k]指向关键字大于 Key[k-1]的子树。
  • 所有叶子节点位于同一层。

B+树

B+ 树和 B 树的差异在于以下几点:

  • 有 k 个孩子的节点就有 k 个关键字。也就是孩子数量 = 关键字数,而 B 树中,孩子数量 = 关键字数 +1。
  • 非叶子节点的关键字也会同时存在在子节点中,并且是在子节点中所有关键字的最大(或最小)。
  • 非叶子节点仅用于索引,不保存数据记录,跟记录有关的信息都放在叶子节点中。而 B 树中,非叶子节点既保存索引,也保存数据记录。
  • 所有关键字都在叶子节点出现,叶子节点构成一个有序链表,而且叶子节点本身按照关键字的大小从小到大顺序链接。
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B+树优点:

  1. B+ 树查询效率更稳定。因为 B+ 树每次只有访问到叶子节点才能找到对应的数据,而在 B 树中,非叶子节点也会存储数据,这样就会造成查询效率不稳定的情况,有时候访问到了非叶子节点就可以找到关键字,而有时需要访问到叶子节点才能找到关键字。
  2. B+ 树的查询效率更高,这是因为通常 B+ 树比 B 树更矮胖(阶数更大,深度更低),查询所需要的磁盘 I/O 也会更少。同样的磁盘页大小,B+ 树可以存储更多的节点关键字。
  3. 在查询范围上,B+ 树的效率也比 B 树高。这是因为所有关键字都出现在 B+ 树的叶子节点中,并通过有序链表进行了链接。而在 B 树中则需要通过中序遍历才能完成查询范围的查找,效率要低很多。

此文章为4月Day17学习笔记,内容来源于极客时间《SQL必知必会》