InnoDB为什么不用跳表,Redis为什么不用B+树?

前言
作为开发人员,我们每天都要开发大量的接口,其中包括了读接口和写接口,而对于写接口来说,除了要保证他的性能、可用性以外,还需要有一个重要的问题,那就是考虑如何保证接口的幂等性
Innodb是MySQL的执行引擎,MySQL是一种关系型数据库,而Redis是一种非关系型数据库。这两者之间比较大的区别是:关系型数据库以表的形式进行存储数据,而非关系型数据库以Key-value的形式存储数据。
在InnoDB中,索引是采用B+树实现的,在Redis中,ZSET是采用跳表(不只是跳表)实现的,无论是B+树,还是跳表,都是性能很好的数据结构,那么,为什么InnoDB为什么不用跳表,Redis为什么不用B+树?
我们都知道,MySQL是基于磁盘存储的,Redis是基于内存存储的。
而之所以Innodb用B+树,主要是因为B+树是一种磁盘IO友好型的数据结构,而Redis使用跳表,是因为跳表则是一种内存友好型的数据结构。

“B+树”对磁盘友好?

  • 首先,B+树的叶子节点形成有序链表,可以方便地进行范围查询操作。对于磁盘存储来说,顺序读取的效率要高于随机读取,因为它可以充分利用磁盘预读和缓存机制,减少磁盘 I/O 的次数。
  • 其次,由于B+树的节点大小是固定的,因此可以很好地利用磁盘预读特性,一次性读取多个节点到内存中,这样可以减少IO操作次数,提高查询效率。
  • 还有就是,B+树的叶子节点都存储数据,而非数据和指针混合,所以叶子节点的大小是固定的,而且节点的大小一般都会设置为一页的大小,这就使得节点分裂和合并时,IO操作很少,只需读取和写入一页。
  • 所以,B+树在设计上考虑了磁盘存储的特点和性能优化,我曾经分析过,当Innodb中存储2000万数据的时候,只需要3次磁盘就够了。
  • 而跳表就不一样了,跳表的索引节点通过跳跃指针连接,形成多级索引结构。这导致了跳表的索引节点在磁盘上存储时会出现数据分散的情况,即索引节点之间的物理距离可能较远。对于磁盘存储来说,随机访问分散的数据会增加磁头的寻道时间,导致磁盘 I/O 的性能下降。

Redis的跳表介绍

  • 跳表是一种基于链表的数据结构,通过使用多级索引来加快查询操作的速度。每个节点包含一个指向下一个节点的指针,而每个节点还可以有多个指向下层节点的指针,形成了一个多层级的链表结构。
  • 在跳表中,每一层的链表都是按照升序排列的,且每层的节点数量逐层减少。最底层包含所有节点,而每个更高层都是前一层的子集,节点数更少。这样一来,当进行查询时,可以从最高层开始比较节点的值,如果找到了目标节点或者找到了比目标节点更大的节点,就转到下一层进行查找,直到最底层找到目标节点或者确认目标节点不存在。
  • 跳表的核心思想是通过建立多级索引,提供了类似于二分查找的效果,从而将查询时间从线性的 O(n) 降低到对数的 O(log n)。这是跳表相对于传统链表的一个显著优势。
  • Redis 使用跳表来实现有序集合的存储和操作。每个有序集合的节点包含一个分值(score)和一个成员(member)。跳表中的每个节点对应一个有序集合的成员,而节点的分值则用于进行排序。
  • 通过使用跳表,Redis 在有序集合中可以快速执行插入、删除和范围查询等操作,而不需要像传统的线性链表一样遍历整个集合。这使得 Redis 在处理大规模有序数据时具有良好的性能。
  • Redis 的跳表是一种用于实现有序集合的高效数据结构,通过多级索引和链表结构,实现了快速的插入、删除和范围查询操作。它是 Redis 在处理有序数据时的重要组成部分,为 Redis 提供了出色的性能和灵活性。

为什么Redis用跳表?
既然B+树这么多优点,为什么Redis要用跳表实现ZSET呢?而不是B+树呢?

  • 主要是因为Redis是一种基于内存的数据结构。他其实不需要考虑磁盘IO的性能问题,所以,他完全可以选择一个简单的数据结构,并且性能也能接受的 ,那么跳表就很合适。
  • 因为跳表相对于B+树来说,更简单。相比之下,B+树作为一种复杂的索引结构,需要考虑节点分裂和合并等复杂操作,增加了实现和维护的复杂度。
  • 而且,Redis的有序集合经常需要进行插入、删除和更新操作。跳表在动态性能方面具有良好的表现,特别是在插入和删除操作上。相比之下,B+树的插入和删除需要考虑平衡性,所以还是成本挺高的。

延伸
《Innodb为什么不用红黑树?》
《Innodb为什么不用B树?》
《为什么Redis 7.0中使用ListPack实现ZSet?》
《Redis的ZSet中zipList和skipList是什么?》

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