B+树

一棵B+树

b+树的节点

节点类型

B+树的节点有2种类型:

  • 1.叶结点:叶节点在B+树的最底层(所有叶节点都在同一层),叶结点中存放索引值、指向记录的指针、指向下一个叶结点的指针。叶结点内的索引值是记录中键的拷贝,这些索引值以排好序的形式,从左到右分布在叶节点中,形成一个有序链表。叶子节点包含了全部节点的信息
    叶节点
  • 2.内部结点:所有非叶结点都属于内部结点,每一个父节点的元素都出现在子节点中,是子节点的最大或最小元素

    注意:根节点的最大元素等是整个B+树的最大元素

和B树的区别

在B+树中,只有叶子节点带有卫星数据(卫星数据:索引元素所指向的数据记录,比如数据库中的某一行)


B+树中的卫星数据

在数据库的聚集索引(Clustered Index)中,叶子节点直接包含卫星数据。在非聚集索引(NonClustered Index)中,叶子节点带有指向卫星数据的指针。

与B+数不同的是,B树中的所有节点都带有卫星数据


B树中的卫星数据

B+树比B树具有更好的查询性能

对于单行查询

比如我们要查找3


在B+树上的单行查询

和B树的查询流程差不多,但有2点不同

  • B+树的中间节点没有卫星数据,所以同样大小的磁盘页可以容纳更多的非叶节点,在数据量相同的情况下,B+树的结构比B树更“矮胖”,因此查询时IO次数更少.
  • B+树的查询最终查找到叶子节点,而B树的查询可能匹配到叶子节点也可能匹配到中间节点,所以B树的查找性能并不稳定
对于范围查询

比如查找[3,11]

  • B树的查找过程
    自顶向下,查找到范围的下限(3):



    中序遍历到元素6:



    中序遍历到元素8:

    中序遍历到元素9:

    中序遍历到元素11,遍历结束:


  • B+树的查找过程
    自顶向下,查找到范围的下限(3):



    通过链表指针,遍历到元素6, 8:



    通过链表指针,遍历到元素9, 11,遍历结束:

显然B+树的范围查询比B树更便捷

总结:

B+树的特征:

1.有k个子树的中间节点包含有k个元素(B树中是k-1个元素),每个元素不保存数据,只用来索引,所有数据都保存在叶子节点。

2.所有的叶子结点中包含了全部元素的信息,及指向含这些元素记录的指针,且叶子结点本身依关键字的大小自小而大顺序链接。

3.所有的中间节点元素都同时存在于子节点,在子节点元素中是最大(或最小)元素。

B+树的优势:

1.单一节点存储更多的元素,使得查询的IO次数更少。

2.所有查询都要查找到叶子节点,查询性能稳定。

3.所有叶子节点形成有序链表,便于范围查询。

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