数据页-B+树查询-关联

因为一个数据页中的记录是有限的,且主键值是有序的,所以通过对所有记录进行分组,然后将组号(槽号)存储到页目录,使其起到索引作用,通过二分查找的方法快速检索到记录在哪个分组,来降低检索的时间复杂度。

但是,当我们需要存储大量的记录时,就需要多个数据页,这时我们就需要考虑如何建立合适的索引,才能方便定位记录所在的页。

为了解决这个问题,InnoDB 采用了 B+ 树作为索引。磁盘的 I/O 操作次数对索引的使用效率至关重要,因此在构造索引的时候,我们更倾向于采用“矮胖”的 B+ 树数据结构,这样所需要进行的磁盘 I/O 次数更少,而且 B+ 树 更适合进行关键字的范围查询。

InnoDB 里的 B+ 树中的每个节点都是一个数据页,结构示意图如下:

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通过上图,我们看出 B+ 树的特点:

  • 只有叶子节点(最底层的节点)才存放了数据,非叶子节点(其他上层节)仅用来存放目录项作为索引。
  • 非叶子节点分为不同层次,通过分层来降低每一层的搜索量;
  • 所有节点按照索引键大小排序,构成一个双向链表,便于范围查询;

我们再看看 B+ 树如何实现快速查找主键为 6 的记录,以上图为例子:

  • 从根节点开始,通过二分法快速定位到符合页内范围包含查询值的页,因为查询的主键值为 6,在[1, 7)范围之间,所以到页 30 中查找更详细的目录项;
  • 在非叶子节点(页30)中,继续通过二分法快速定位到符合页内范围包含查询值的页,主键值大于 5,所以就到叶子节点(页16)查找记录;
  • 接着,在叶子节点(页16)中,通过槽查找记录时,使用二分法快速定位要查询的记录在哪个槽(哪个记录分组),定位到槽后,再遍历槽内的所有记录,找到主键为 6 的记录。

可以看到,在定位记录所在哪一个页时,也是通过二分法快速定位到包含该记录的页。定位到该页后,又会在该页内进行二分法快速定位记录所在的分组(槽号),最后在分组内进行遍历查找。