B树与B+树

发布于:2024-05-05 ⋅ 阅读:(33) ⋅ 点赞:(0)

B树定义

  • 每个节点最多有m-1个关键字(可以存有的键值对,m表示树的高度)
  • 根节点最少可以只有1个关键字
  • 非根节点至少有m/2个关键字
  • 每个节点中的关键字都按照从小到大的顺序排列,每个关键字的左子树中的所有关键字都小于它,而右子树中的所有关键字都大于它
  • 所有叶子节点都位于同一层,或者说根节点到每个叶子节点的长度都相同
  • 每个节点都存有索引和数据,也就是对应的key和value

B+树定义

  • 根节点至少一个元素
  • 非根节点元素范围:m/2 <= k <= m-1
  • B+树有两种类型的节点:内部结点(也称索引结点)和叶子结点。内部节点就是非叶子节点,内部节点不存储数据,只存储索引,数据都存储在叶子节点。
  • 内部结点中的key都按照从小到大的顺序排列,对于内部结点中的一个key,左树中的所有key都小于它,右子树中的key都大于等于它。叶子结点中的记录也按照key的大小排列。
  • 每个叶子结点都存有相邻叶子结点的指针,叶子结点本身依关键字的大小自小而大顺序链接。
  • 父节点存有右孩子的第一个元素的索引。

B树和B+树的区别

1、磁盘读写代价更低

一般来说B+Tree比BTree更适合实现外存的索引结构,因为存储引擎的设计专家巧妙的利用了外存(磁盘)的存储结构,即磁盘的最小存储单位是扇区(sector),而操作系统的块(block)通常是整数倍的sector,操作系统以页(page)为单位管理内存,一页(page)通常默认为4K,数据库的页通常设置为操作系统页的整数倍,因此索引结构的节点被设计为一个页的大小,然后利用外存的“预读取”原则,每次读取的时候,把整个节点的数据读取到内存中,然后在内存中查找,已知内存的读取速度是外存读取I/O速度的几百倍,那么提升查找速度的关键就在于尽可能少的磁盘I/O,那么可以知道,每个节点中的key个数越多,那么树的高度越小,需要I/O的次数越少,因此一般来说B+Tree比BTree更快,因为B+Tree的非叶节点中不存储data,就可以存储更多的key。

2、查询速度更稳定

由于B+Tree非叶子节点不存储数据(data),因此所有的数据都要查询至叶子节点,而叶子节点的高度都是相同的,因此所有数据的查询速度都是一样的。

3、所有的叶子节点形成了一个有序链表,更加便于查找。(范围查找比B树有优势)

磁盘寻址毫秒级别,内存是纳秒级别。(秒,毫秒,微秒,纳秒)

磁盘读:寻道时间(磁头沿径向移动,移到要读取的扇区所在磁道的上方)+ 旋转延迟时间(盘片旋转,使得要读取的扇区转到读写磁头的下方)+ 传输时间(读写数据时间)

连续I/O:本次 I/O 给出的初始扇区地址和上一次 I/O 的结束扇区地址是完全连续或者相隔不多的。做连续 I/O 的时候,磁头几乎不用换道,或者换道的时间很短;而对于随机 I/O,如果这个 I/O 很多的话,会导致磁头不停地换道,造成效率的极大降低

磁盘IO与预读:当一次IO时,不光把当前磁盘地址的数据,而是把相邻的数据也都读取到内存缓冲区内。每一次IO读取的数据我们称之为一页(page)

B+树数据存储

非叶子节点能存多少数据

  • 页默认16KB
  • File Header、Page Header等一共占102个字节
  • Infimum + Supremum分别占13个字节
  • 记录头占5个字节
  • id占为int,占4个字节
  • 页目录的偏移量占4个字节

叶子节点能存多少数据

  • 变长列表占1个字节
  • null标志位忽略
  • 记录头占5个字节
  • id占为int,占4个字节
  • name为VARCHAR,编码为UTF8,为了好算,所有行记录我都只用两个中文,那就是 2 * 3B = 6个字节
  • 事务ID列占6个字节
  • 回滚指针列占7个字节

附:

3层B+树可以存多少数据

B+树的每个节点可以存16KB数据,这里我们假设我们的一行数据大小是1K,那么我们一个节点就可以存16行数据。

非叶子节点存放的是主键值与指针,所以这里假设主键类型为bigint,占用8Byte,指针可以设置为占用6Byte,总共就为14Byte,这样就可以算出一个节点大概可以存放多少个指针了(指针指向下一层节点),大概为16KB/14Byte=1170个。2层B+树的话,可以存放1170*16=18720行数据。3层B+树的话,可以存放1170*1170*16=21902400行数据,也就差不多2000w条数据了。

参考文章

漫画叙述B+树和B-树,很值得看!_漫画叙述b+树和b-树,很值得看!-CSDN博客

mysql为什么用B+树_扁豆小夜博客-CSDN博客

为什么 MySQL 使用 B+ 树