【数据库专题】一文搞懂 B+树凭什么成为关系型数据库索引的主流数据结构

本文涉及的产品
云原生数据库 PolarDB PostgreSQL 版,标准版 2核4GB 50GB
云原生数据库 PolarDB MySQL 版,通用型 2核4GB 50GB
简介: 【数据库专题】一文搞懂 B+树凭什么成为关系型数据库索引的主流数据结构

正文


一、非B+树不可吗?


数据库最常用的两个功能就是“等值查询”和“范围查询”。如果只是为了满足“等值查询”,那么Hash散列表和平衡二叉查找树都能胜任数据库索引这个使用场景,但是“范围查询”却加大了难度,使得它们不太适合了。


在原先讲过的“跳表”倒是很契合,但实际场景中,大家都是使用的B+树。


二、二叉树演变B+树过程


二叉树我们前面也都了解过了,我们来看下,用它来作为索引的数据结构会存在什么问题?首先它是能够满足“等值查询”的,但是无法进行“范围查询”,所以,我们需要对其进行改造:

  • 树中的每个节点都不存储具体的数据,而是存储索引;
  • 叶子节点从左到右用双向链表绑定起来;


改造前后的二叉树结构示意图如下:


1.webp.jpg


改造后的好处是:

  • 只是存储索引的话,使得二叉树的大小不会很大;
  • 叶子节点使用双向链表串起来之后,就可以进行范围查找了;
  • 等值查找的时间复杂度还是树高O(logn);

看上去还不错,但是实际使用时有问题,因为我们数据库中需要存储的数据实在是非常多,如果使用这样的改造后的二叉树,树的高度将是非常惊人的。不但查找起来非常缓慢,而且这么多节点全部加载到内存中也是不现实的。


我们再次进行如下的改造:

  • 只把所有索引树的根节点放入到内存中,其它子节点都放到磁盘上;
  • 将二叉树改造为m叉树,每个节点的子节点个数最多为m个,如此树的高度就大大降低了,减少了IO磁盘查找的次数;
  • 每个子节点的大小不能超过一页的大小,通常为4kb,保证m最大的同时,OS单次读页就能将该节点加载完毕;


改造后的数据结构示意图如下:


f2b6f656d0484984b4d38d873778f678.webp.jpg


改造后的好处是:

  • 没有把索引树的全部节点加载到内存,减少了内存的压力;
  • m叉树使得索引树的高度尽可能降低了,减少了IO查找节点的次数,提高了时间效率;
  • m取值有了理论依据,使得时间效率最大化;


但同时也有部分缺点:

  • 数据的写入和删除都会导致索引的更新,从而需要更改索引树;
  • 当插入数据的时候,如果某个节点的子节点个数超过m,就需要分裂,极端情况下,需要从下往上传导分裂;
  • 当删除数据的时候,如果某个节点的个数小于m/2,则需要合并节点,否则这样的节点多了,影响查询效率;

三、B+树总结


  • 每个节点中的子节点个数不能超过m,不能小于m/2;
  • 根节点的子节点个数可以小于m/2,但是不能超过m;
  • 每个节点只存储索引,并不存储数据;
  • 所有叶子节点都是双链表串联的,方便范围查找;
  • 根节点会被存储在内存中,其它节点存储在磁盘中;

四、和B树的关系


B+树是在B树的基础上改进的,B树中每个节点是存储真实的数据的,所以整个树会很大;B树的叶子节点是没有用链表串联的,所以还是无法满足范围查找的场景;因此,B树其实就是一个子节点不能小于m/2的m叉树;


相关实践学习
使用PolarDB和ECS搭建门户网站
本场景主要介绍基于PolarDB和ECS实现搭建门户网站。
阿里云数据库产品家族及特性
阿里云智能数据库产品团队一直致力于不断健全产品体系,提升产品性能,打磨产品功能,从而帮助客户实现更加极致的弹性能力、具备更强的扩展能力、并利用云设施进一步降低企业成本。以云原生+分布式为核心技术抓手,打造以自研的在线事务型(OLTP)数据库Polar DB和在线分析型(OLAP)数据库Analytic DB为代表的新一代企业级云原生数据库产品体系, 结合NoSQL数据库、数据库生态工具、云原生智能化数据库管控平台,为阿里巴巴经济体以及各个行业的企业客户和开发者提供从公共云到混合云再到私有云的完整解决方案,提供基于云基础设施进行数据从处理、到存储、再到计算与分析的一体化解决方案。本节课带你了解阿里云数据库产品家族及特性。
相关文章
|
23天前
|
关系型数据库 MySQL Serverless
探索PolarDB MySQL版:Serverless数据库的灵活性与性能
本文介绍了个人开发者对阿里云PolarDB MySQL版,特别是其Serverless特性的详细评测体验。评测涵盖了产品初体验、性能观测、Serverless特性深度评测及成本效益分析等方面。尽管试用过程中遇到一些小问题,但总体而言,PolarDB MySQL版表现出色,提供了高性能、高可用性和灵活的资源管理,是个人开发者和企业用户的优秀选择。
|
22天前
|
关系型数据库 MySQL 分布式数据库
PolarDB MySQL数据库场景体验与测评
本文介绍如何在PolarDB上部署数据库,包括登录控制台、配置账号与数据库管理、执行SQL查询及调整Serverless配置等内容。通过创建测试表和数据操作演示了基本数据库管理功能,并展示了如何设置资源弹性扩缩、监控及备份数据。此外,还提供了关于节点切换、压测、加速复杂SQL查询、弹性并行查询及高可用性的详细场景体验说明,全方位展示了PolarDB的强大功能。
|
12天前
|
关系型数据库 分布式数据库 数据库
来!跟通义灵码一起参加PolarDB 数据库创新设计赛,突破传统,探索人机协作
无论你是数据库新手,还是技术大咖,通义灵码邀请你参加2024 年全国大学生计算机系统能力大赛 PolarDB 数据库创新设计赛(天池杯),新参赛模式启动,挑战极限!
|
16天前
|
存储 关系型数据库 分布式数据库
揭秘PolarDB:中国云原生数据库的超级英雄,如何颠覆传统数据存储?
在数字化时代,数据成为企业的核心资产,而云原生数据库则是推动企业转型的关键。PolarDB凭借其先进的存储计算分离架构,在性能、可靠性和易用性方面脱颖而出,成为国内领先的选择。它支持多种数据库引擎,提供多副本存储机制,并采用按量付费模式,有效降低管理和成本压力,助力企业实现高效、可靠的数字化转型。
30 1
|
24天前
|
关系型数据库 分布式数据库 数据库
报名啦|PolarDB数据库创新设计赛(天池杯)等你来战
2024年全国大学生计算机系统能力大赛PolarDB数据库创新设计赛(天池杯)已启动报名,面向全国高校全日制本专科学生。大赛由多家机构联合主办,旨在培养数据库领域人才,促进产学研合作,设有丰厚奖金与奖项。报名截至10月7日,决赛将于12月13日举行。更多详情及报名请访问大赛官网。
|
25天前
|
关系型数据库 分布式数据库 数据库
报名啦|PolarDB数据库创新设计赛(天池杯)等你来战
2024年全国大学生计算机系统能力大赛PolarDB数据库创新设计赛(天池杯)已启动报名,面向全国高校全日制本专科学生。大赛由多家机构联合主办,旨在培养数据库领域人才,促进产学研合作,设有丰厚奖金与奖项。报名截至10月7日,决赛将于12月13日举行。更多详情及报名请访问大赛官网。
|
5天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
如何优化MySQL数据库的索引以提升性能?
如何优化MySQL数据库的索引以提升性能?
14 0
|
5天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
深入理解MySQL数据库索引优化
深入理解MySQL数据库索引优化
12 0
|
29天前
|
SQL 关系型数据库 分布式数据库
PolarDB Proxy配置与优化:提升数据库访问效率
【9月更文挑战第6天】PolarDB是阿里云推出的高性能分布式关系型数据库,PolarDB Proxy作为其关键组件,位于客户端与PolarDB集群间,负责SQL请求的解析与转发,并支持连接池管理、SQL过滤及路由规则等功能。本文详细介绍了PolarDB Proxy的配置方法,包括连接池、负载均衡和SQL过滤设置,并探讨了监控调优、缓存及网络优化策略,以帮助提升数据库访问效率。
29 1
|
2月前
|
关系型数据库 MySQL 数据库
RDS MySQL灾备服务协同解决方案构建问题之数据库备份数据的云上云下迁移如何解决
RDS MySQL灾备服务协同解决方案构建问题之数据库备份数据的云上云下迁移如何解决

热门文章

最新文章

下一篇
无影云桌面