数据库索引原理

简介: 数据库索引原理

数据库索引的作用是做数据的快速检索,而快速检索实现的本质是数据结构。像二叉查询树、红黑树、AVL 树(平衡二叉树)、B 树、B + 树、哈希等数据结构都可以实现索引,但其中 B + 树效率最高。

MySQL 数据库索引使用的是 B + 树。

 

二叉查询树:二叉树中,左子树比根节点小,右子树比根节点大,每次寻找目标值都是二分查找的方式,所以二叉树的时间复杂度为 O(logn)。但当大量数据发生倾斜的时候,极端情况下,二叉树会形成链表一样的线性结构,其时间复杂度为 O(n),降低了查询效率;而且每次从磁盘读取一个节点到内存就进行一次 IO,当二叉树深度越深,IO 次数就越多,所以综上两点,二叉树不利于做索引。

 

红黑树:红黑树是二叉树的进阶版,当二叉树处于不平衡的状态时,红黑树就会自动左旋右旋节点使二叉树保持基本的平衡状态,也保证了查询效率不会明显地降低。但当大量数据发生倾斜时,红黑树并没有从根本上解决数据倾斜的问题,只是不会像二叉树一样变成线性结构那么夸张。

比如数据库主键递增,主键一般都有上百上千万个,红黑树存在这种倾斜问题,那对查询性能而言也是巨大的消耗,数据库不可能忍受这种毫无意义的等待。

AVL 树:AVL 树是个绝对的平衡二叉树,所以 AVL 树不存在二叉树、红黑树的数据倾斜问题。大量的顺序插入不会导致查询性能的降低,这从根本上解决了二叉树、红黑树的数据倾斜问题。数据库查询数据的瓶颈在于磁盘 IO, AVL 树是二叉树的一种,每一个树节点只存储了一个数据,随着插入的数据越多,树的深度也越深,意味着 IO 次数就越多,所以也影响读取的效率。

这就引入了 B 树、B + 树,一个树节点上尽可能多地存储数据,这样一次磁盘 IO 就可以加载多个数据到内存中,提高查询效率。

 

B 树:B 树又叫平衡多路查找树,一棵 m 阶的 B 树有如下性质:

(1)树中每个结点至多有 m 个孩子节点(即至多有 m-1 个关键字)

(2)每个结点中包括 “n:记录结点中关键字的个数”、“p0....pn:孩子节点” 以及 “k1...kn:关键字”。

(3)除根节点外,其他节点至少有 ceil(m/2)个孩子结点。(ceil 函数:向上取整)

(4)若根节点不是叶子结点,则根节点至少有两个孩子结点。

(5)所有叶子结点都要在同一层上。

B 树要求每个节点不仅包含数据的 key 值,还有 data 值。而每页的存储空间有限,如果 data 比较大的话,会导致每个节点的 key 存储的较少,当数据量大的时候,同样会导致 B 树很深,从而增加磁盘的 IO 次数,进而影响查询效率。

 

B + 树是 B 树的进阶版,B + 树与 B 树的区别:

(1)B 树中每个根结点既有 key 又有 data 数据,而 B + 树中根节点只有 key 没有 data 数据。这样可以存储较多的 key,降低 B + 树的高度,从而减少 IO 的次数。

(2)B 树中叶子结点之间没有关联,而 B + 树中叶子结点的关键字从小到大排序,叶子结点相互之间有一个引用链路将叶子结点连接起来,像链表一样。

(3)B 树查找数据可能不用找到叶子结点就找到数据,而 B + 树把所有的数据都放在叶子结点上,所以每次查找的次数都相同,B + 树查询速度比 B 树更稳定。

(4)遍历全部结点时,B 树要对每一层都进行遍历,而 B + 树只需要遍历所有的叶子结点即可,这有利于数据库做全表扫描。

参考:MySQL 索引底层原理

相关文章
|
16天前
|
数据库 索引
深入探索数据库索引技术:回表与索引下推解析
【10月更文挑战第15天】在数据库查询优化的领域中,回表和索引下推是两个核心概念,它们对于提高查询性能至关重要。本文将详细解释这两个术语,并探讨它们在数据库操作中的作用和影响。
42 3
|
16天前
|
数据库 索引
深入理解数据库索引技术:回表与索引下推详解
【10月更文挑战第23天】 在数据库查询性能优化中,索引的使用是提升查询效率的关键。然而,并非所有的索引都能直接加速查询。本文将深入探讨两个重要的数据库索引技术:回表和索引下推,解释它们的概念、工作原理以及对性能的影响。
35 3
|
2天前
|
数据库 索引
数据库索引
数据库索引 1、索引:建立在表一列或多列的辅助对象,目的是加快访问表的数据。 2、索引的优点: (1)、创建唯一性索引,可以确保数据的唯一性; (2)、大大加快数据检索速度; (3)、加速表与表之间的连接; (4)、在查询过程中,使用优化隐藏器,提高系统性能。 3、索引的缺点: (1)、创建和维护索引需要耗费时间,随数据量增加而增加; (2)、索引占用物理空间; (3)、对表的数据进行增删改时,索引需要动态维护,降低了数据的维护速度。
10 2
|
29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。
59 3
Mysql(4)—数据库索引
|
1月前
|
缓存 算法 关系型数据库
Mysql(3)—数据库相关概念及工作原理
数据库是一个以某种有组织的方式存储的数据集合。它通常包括一个或多个不同的主题领域或用途的数据表。
48 5
Mysql(3)—数据库相关概念及工作原理
|
13天前
|
存储 Java 关系型数据库
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践,包括连接创建、分配、复用和释放等操作,并通过电商应用实例展示了如何选择合适的连接池库(如HikariCP)和配置参数,实现高效、稳定的数据库连接管理。
31 2
|
7天前
|
存储 关系型数据库 数据库
Postgres数据库BRIN索引介绍
BRIN索引是PostgreSQL提供的一种高效、轻量级的索引类型,特别适用于大规模、顺序数据的范围查询。通过存储数据块的摘要信息,BRIN索引在降低存储和维护成本的同时,提供了良好的查询性能。然而,其适用场景有限,不适合随机数据分布或频繁更新的场景。在选择索引类型时,需根据数据特性和查询需求进行权衡。希望本文对你理解和使用PostgreSQL的BRIN索引有所帮助。
13 0
|
13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。
62 0
|
13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。
45 0
|
1月前
|
关系型数据库 MySQL 数据库
深入浅出MySQL索引优化:提升数据库性能的关键
在这个数据驱动的时代,数据库性能的优劣直接关系到应用的响应速度和用户体验。MySQL作为广泛使用的数据库之一,其索引优化是提升查询性能的关键。本文将带你一探MySQL索引的内部机制,分析索引的类型及其适用场景,并通过实际案例演示如何诊断和优化索引,以实现数据库性能的飞跃。