B树和B+树

应用场景——索引

关系型数据库中,索引大多采用B/B+树来作为存储结构,而全文搜索引擎的索引则主要采用hash的存储结构,这两种数据结构有什么区别?

范围查询和模糊查询,哈希索引不适用。

为什么会有B树?

我们假设我们的数据量达到了亿级别,主存当中根本存储不下,我们只能以块的形式从磁盘读取数据,与主存的访问时间相比,磁盘的 I/O 操作相当耗时,而提出 B-树的主要目的就是减少磁盘的 I/O 操作。大多数平衡树的操作(查找、插入、删除,最大值、最小值等等)需要O(h)次磁盘访问操作,其中h是树的高度。但是对于 B-树而言,树的高度将不再是O(logN),而是一个可控的高度h。

B树

B-树是一种平衡的多叉查找树,注意: B树就是B-树,"-"是个连字符号,不是减号。

一颗m阶的B树定义如下:
1)每个结点最多有m-1个关键字。
2)根结点最少可以只有1个关键字。
3)非根结点至少有Math.ceil(m/2)-1个关键字。
4)每个结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。
5)所有叶子结点都位于同一层,或者说根结点到每个叶子结点的长度都相同。

B+树

B+树是一个平衡的多叉树,从根节点到每个叶子节点的高度差值不超过1,而且同层级的节点间有指针相互链接。

一棵m阶的B+树主要有这些特点:
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树和B+树的区别

B+树和B-树的主要区别如下:
1)B-树内部节点是保存数据的;而B+树内部节点是不保存数据的,只作索引作用,它的叶子节点才保存数据。
2)B+树相邻的叶子节点之间是通过链表指针连起来的,B-树却不是。
查找过程中,B-树在找到具体的数值以后就结束,而B+树则需要通过索引找到叶子结点中的数据才结束
3)B-树中任何一个关键字出现且只出现在一个结点中,而B+树可以出现多次。

总结

1.索引为排好序的一种数据结构,用于提升数据库的查找速度。
2.Hash索引时间复杂度为O(1),树索引是O(log(n))。Hash 底层是哈希表实现,等值查询,可以快速定位数据。但不支持范围查询,无法用于排序分组,无法模糊查询等操作。
3.B+树作为索引优势:
叶子节点存储实际记录行,记录行相对比较紧密的存储,适合大数据量磁盘存储;
非叶子节点存储记录的PK(KEY数据小,相同内存情况下,节点可以多存KEY,增大了节点广度(B+树出度更大,进而树高更矮,磁盘IO次数更少))用于查询加速,适合内存存储;
叶子之间,增加了链表。可以很好的支持范围查询,并且获取所有节点,不再需要中序遍历;
更少查询次数:B+树出度更大,树高更低,查询次数更少;
很适合磁盘存储,能够充分利用局部性原理,磁盘预读(为了减少IO操作,往往不严格按需读取,而是预读。B+树叶子结点存储相临,读取会快一些)

reference

[1] https://zhuanlan.zhihu.com/p/620203136
[2] https://zhuanlan.zhihu.com/p/621376026
[3] https://zhuanlan.zhihu.com/p/146252512
[4] https://zhuanlan.zhihu.com/p/87124501
[5] https://cloud.tencent.com/developer/article/1425602

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