B树
B 是 Balance(平衡)的缩写。它是一种多路的平衡搜索树。
它跟普通的平衡二叉树的不同是,B树的每个节点可以存储多个数据,而且每个节点不止有两个子节点,最多可以有上千个子节点。
B树中每个节点都存放着索引和数据,数据遍布整个树结构,搜索可能在非叶子节点结束,最好的情况是O(1)。
一般一棵 B 树的高度在 3 层左右,3 层就可满足 百万级别的数据量
B+树
叶子节点保存了完整的索引和数据,而非叶子节点只保存索引值,因此它的查询时间固定为 log(n).
叶子节点中有指向下一个叶子节点的指针,叶子节点类似于一个单链表
正因为叶子节点保存了完整的数据以及有指针作为连接,B+树可以增加了区间访问性,提高了范围查询,而B树的范围查询相对较差
B+树更适合外部存储。因为它的非叶子节点不存储数据,只保存索引。
b+树相比于b树的查询优势:
b+树的中间节点不保存数据,所以磁盘页能容纳更多节点元素,更“矮胖”;
b+树查询必须查找到叶子节点,b树只要匹配到即可不用管元素位置,因此b+树查找更稳定(并不慢);
对于范围查找来说,b+树只需遍历叶子节点链表即可,b树却需要重复地中序遍历
为什么会出现B-树这类数据结构
传统用来搜索的平衡二叉树有很多,如 AVL 树,红黑树等。这些树在一般情况下查询性能非常好,但当数据非常大的时候它们就无能为力了。原因当数据量非常大时,内存不够用,大部分数据只能存放在磁盘上,只有需要的数据才加载到内存中。一般而言内存访问的时间约为 50 ns,而磁盘在 10 ms 左右。速度相差了近 5 个数量级,磁盘读取时间远远超过了数据在内存中比较的时间。这说明程序大部分时间会阻塞在磁盘 IO 上。那么我们如何提高程序性能?减少磁盘 IO 次数,像 AVL 树,红黑树这类平衡二叉树从设计上无法“迎合”磁盘。