通俗易懂介绍mysql索引为什么使用B+树?

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
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
简介: 通俗易懂告诉你mysql索引为什么使用B+树?回答这个问题之前先考虑两个问题: 1.mysql为什么使用索引? 2.支持索引的数据结构都有哪些?

通俗易懂告诉你mysql索引为什么使用B+树?回答这个问题之前先考虑两个问题:

   1.mysql为什么使用索引?

   2.支持索引的数据结构都有哪些?


1.mysql为什么使用索引?


   持久化存储的数据都是存储于磁盘,而从磁盘中进行读写数据都是IO操作,相对于内存数据读取,IO操作很容易出现性能瓶颈问题,为了提升数据io数据读取的性能问题,就有了索引的概念。官方介绍中索引是提升数据库读取性能的数据结构。对索引最通俗易懂、最直观的解释就是好比是新华字典中每个首字母,如果想从厚厚的一本字典中找到一个汉字,从第一页开始一直找到最后一页显然是很耗时的。但是先确定好要能找的字的第一个首字母,范围就一下子缩小了,所消耗的时间也减少了很多,这就是索引的好处。当然实际上mysql并不是按照这种实现的,不过有异曲同工之处。至于mysql中具体的索引是怎么起作用的继续往下看!


2.支持索引的数据结构都有哪些?


   常见的并且有助于提升查询速度的数据结构有一下几种:

哈希表

二叉树

红黑树

B树

B+树

依次说一下每种数据结构的优缺点。

哈希表

   哈希存储都不陌生,就是按照K-V键值对的方式进行读取,可以根据key直接获取value值。对于等值查询,哈希查询速度很快,但是对于范围查询的场景,哈希索引并不适合,也需要每条数据都进行查询然后判断是否符合范围,相当于全表扫描,所以不是合适的索引数据类型。

ca62e1818ae20f6acdf70473a087a50e_f697484cdbf849689f31e9b49c4d7255.png

二叉树

   结构特点:每个节点下面最多有两个子节点,左侧子节点大于父节点,右侧子节点小于父节点。简单来讲优点就是缩小查找的范围,减少读取的次数。下面模拟插入指定数据:15 10 17 12 9 21 16,存储之后的数据结构为:

8c2869a616eaf8c0358fd6e3fe4290ba_99773625992b4cb880e72bbd76b1be42.png

二叉树动态插入展示

比如说查找12,只需要对比两次就可以找到12.查找速率确实能提升。但mysql为什么没有使用二叉树,原因是可能会出现“链表”数据结构,此种结构相当于“全表扫描”。比如说需要存储连续的数据:

de2f3f3e3118e2e360b802971215eda1_4403009fe2ef405e85c8d3003c0fb6a4.png

红黑树

   红黑树实际上也算是二叉树的一种,也有人称之为平衡二叉树,主要的优点是解决普通二叉树可能存在的单链表结构。存储相同数据的存储图如下:

8abc4086928f062bda0f55c02ef2811d_a71b520e2c234e7c9783acc6aaf8c61a.png

可以看出数据存储的位置基本上一致。主要看下对于连续数据存储的情况:

fbbac17e8095f58275397ce544b345ed_2c96cd96d62e4ca78e826feee913ed0e.png

红黑树动态插入展示

可以发现红黑树解决了二叉树存储可能出现的链表结构。但是mysql为什么索引不用红黑树?原因在于红黑树的问题在树的高度问题,数据量增多,树的高度就会增加,每层树的读取时就相当于一次IO操作,显然也不是最好的数据结构。继续往下看。

B树

   可以说B树的出现主要是解决红黑树中树高度过高导致磁盘IO读取次数过高的问题。首先说一下mysql中磁盘最小的存储单位为页,存储大小为16Kb,相当于人民币的分。页中存储多个节点,

每个节点由三部分组成:索引字段值、字段值所对应的行详细数据、行数据所在的磁盘地址。数据结构图如下:

bf3e18ebb2a7e2c4a70bd870de2be3e7_3043a72be3894bd1b65a10470fc1124f.png

B+树

   mysql中使用存储引擎是B+数,原因是B+树相对于B树,非叶子节点不存储行详细数据,仅储存索引字段值以及所在磁盘的地址值,会存在冗余重复的索引字段值,优点在于每页存储单位中能存储更多的索引信息,形成的B数会更加矮小更胖。参考图如下:

7603efe67a9a5ea9c9f3945ce619d845_b24d81f50b504b3a977e50fe6a492680.png

逻辑图如下:

fe1f3d452ecd5d497a95b1860735cf59_2236e6d761b2442fb8bbcf242fd90f3f.png


假设主键为bigint类型,主键bigint占用8个字节,指针地址占用6个字节,8+6=14,所以我们可以得出,一页能存放的指针个数为16k/(8+6)约等于1170。单条行记录大小约为1k,那么一个page能存储的行记录数为16k/1k=16,所以树高3层为1170117016约等于2190w数据,完美解决树高导致IO读取次数过高问题。

说明:文章中动态页面为国外某学校网站地址,支持多种数据结构演示,地址:https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/,关于索引添加之后的数据摆放顺序可以参考网站演示.


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     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
相关文章
|
3天前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
深入解析MySQL的EXPLAIN:指标详解与索引优化
MySQL 中的 `EXPLAIN` 语句用于分析和优化 SQL 查询,帮助你了解查询优化器的执行计划。本文详细介绍了 `EXPLAIN` 输出的各项指标,如 `id`、`select_type`、`table`、`type`、`key` 等,并提供了如何利用这些指标优化索引结构和 SQL 语句的具体方法。通过实战案例,展示了如何通过创建合适索引和调整查询语句来提升查询性能。
38 9
|
1月前
|
缓存 关系型数据库 MySQL
MySQL索引策略与查询性能调优实战
在实际应用中,需要根据具体的业务需求和查询模式,综合运用索引策略和查询性能调优方法,不断地测试和优化,以提高MySQL数据库的查询性能。
|
2月前
|
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。
|
8天前
|
缓存 关系型数据库 MySQL
MySQL 索引优化以及慢查询优化
通过本文的介绍,希望您能够深入理解MySQL索引优化和慢查询优化的方法,并在实际应用中灵活运用这些技术,提升数据库的整体性能。
47 18
|
6天前
|
缓存 关系型数据库 MySQL
MySQL 索引优化以及慢查询优化
通过本文的介绍,希望您能够深入理解MySQL索引优化和慢查询优化的方法,并在实际应用中灵活运用这些技术,提升数据库的整体性能。
17 7
|
6天前
|
缓存 关系型数据库 MySQL
MySQL 索引优化与慢查询优化:原理与实践
通过本文的介绍,希望您能够深入理解MySQL索引优化与慢查询优化的原理和实践方法,并在实际项目中灵活运用这些技术,提升数据库的整体性能。
26 5
|
10天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
Mysql索引:深入理解InnoDb聚集索引与MyisAm非聚集索引
通过本文的介绍,希望您能深入理解InnoDB聚集索引与MyISAM非聚集索引的概念、结构和应用场景,从而在实际工作中灵活运用这些知识,优化数据库性能。
57 7
|
25天前
|
关系型数据库 MySQL Java
MySQL索引优化与Java应用实践
【11月更文挑战第25天】在大数据量和高并发的业务场景下,MySQL数据库的索引优化是提升查询性能的关键。本文将深入探讨MySQL索引的多种类型、优化策略及其在Java应用中的实践,通过历史背景、业务场景、底层原理的介绍,并结合Java示例代码,帮助Java架构师更好地理解并应用这些技术。
25 2
|
1月前
|
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。
236 1
|
1月前
|
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。
93 0
下一篇
DataWorks