【后端面经】【数据库与MySQL】为什么MySQL用B+树而不用B树?-01

本文涉及的产品
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: 【4月更文挑战第10天】B+树是一种多叉树,用于数据库索引,其特征包括叶子节点存储数据并用链表串联,非叶子节点仅存关键字。由于较低的高度和链表结构,B+树提供高效查询和范围查询。索引分类有聚簇(叶子节点存储数据)和非聚簇,以及覆盖、唯一、前缀、联合、全文和哈希索引。聚簇索引如主键索引,非聚簇索引叶子节点存储主键。覆盖索引可避免回表,提高性能。查询遵循最左匹配原则,优化SQL应选取所需列并考虑常见查询。

B+树

B+树是一个多叉树,一个k阶的B+树的定义是:

  1. 每个节点最多有k个子节点
  2. 除根节点以后,每个节点至少有[m/2]个子节点,根节点至少有2个子节点
  3. 有m个子节点的节点肯定有m个索引关键字

B+树还有两个特性:

  • 叶子节点存放了数据,非叶子节点只存放关键字
  • 叶子节点通过链表串联

B+树用于数据库索引的优势如下:

  1. B+树的高度比二叉树更低,树的高度代表查询时的耗时,因此B+树的查询效率更高
  2. B+树的叶子节点通过链表串联起来,适合范围查询
  3. B+树的非叶子节点里没有存放数据,只放了关键字,适合放入内存里

在使用索引提高查询性能的时候,索引全部都会装到内存里,真实的数据会放到磁盘里。不然如果索引也在磁盘上的话,使用索引就没什么用了。

索引分类

MySQL里索引在不同的角度有不同的分类

  • 根据叶子节点是否存储数据,可以分为聚簇索引和非聚簇索引
  • 覆盖索引:某个索引包括某个查询的所有列
  • 唯一索引:索引的值必须是唯一的,不能重复
  • 前缀索引:索引的某列只包含该列值的前一部分。比如在类型是varchar(128)的列上,选择前64个字符作为索引
  • 联合索引:由多个列组成
  • 全文索引:支持文本模糊查询
  • 哈希索引:使用哈希算法的索引

聚簇索引和非聚簇索引

上述已经提到了如果一个索引的叶子节点存储数据的话,就是聚簇索引,否则就是非聚簇索引。

主键索引就是一种聚簇索引,它的叶子节点里放着表的所有行;而其他的索引就是非聚簇索引,他们的叶子节点里放的是主键

在查询一张表的时候,如果用到了非主键索引,数据库会先在该索引对应的B+树里查到数据对应的主键,再根据主键去主键索引(聚簇索引)对应的B+树里查找数据,最终找出数据。这也就是所谓的回表

? 在回表操作的时候,会需要从磁盘里读取数据行,磁盘IO比较慢,所以回表的性能较差。

覆盖索引

如果查询的列全部都在某个索引里,数据库可以直接把索引存储的这些列的值返回,不用回表。覆盖索引的概念是某个索引相对于某个查询而言的。

比如有一个学生表student,在idname创建联合索引<id,name>,对于查询select id,name from student where id = 1,要查询的数据都在索引<id,name>里,就可以直接用索引的数据。

针对这个特性,可以得到优化SQL性能的两个方案,本质都是为了避免回表:

  1. 只查询需要的列
  2. 针对最频繁的查询来设计索引

最左匹配原则

索引在查询里是按照最左匹配原则来使用的,最左匹配原则指的是在联合索引的时候,查询条件的多个列与索引的多个列进行比较的时候,索引只会匹配到最左边的列的值。

比如创建一个在A,B,C三个列上的联合索引<A,B,C>,索引列的值的关系如下:

image-20240413200646447.png

A是绝对有序的;A确定的时候,B是有序的;A和B都确定的时候,C是有序的。

执行一个where A=a1 and B=b1 and C=c1的查询类似

for a in A {
   
   
  if a == a1 {
   
   
    for b in B {
   
   
      if b == b1 {
   
   
        for c in C {
   
   
          if c == c1 {
   
   
            // 这就是你要的数据,拿到主键之后去磁盘里面加载出来
          }
        }
      }
    }
  }
}
  • 如果查询条件是where A=a1 and B=b1,数据库只会用外面的两层循环
for a in A {
   
   
  if a == a1 {
   
   
    for b in B {
   
   
      if b == b1 {
   
   
            // 这就是你要的数据,拿到主键之后去磁盘里面加载出来
      }
    }
  }
}
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