深刻理解Mysql索引底層數據結構與算法

索引的定義：索引(Index)是幫助MySQL高效獲取數據的數據結構。

Q1：你們使用索引有沒有想過這個問題？爲何索引可以幫助mysql高效獲取數據？我一一給你們道來！在給你們講以前，先更你們分享一些計算機基礎知識，有助於理解

A：1:MySQL的數據都是以文件的形勢存儲在磁盤上的。

      2：磁盤是由一圈一圈的磁道組成。

      3：磁頭移動到不一樣的磁道，磁盤旋轉，這樣就能夠讀到數據。

　　4：磁盤存取原理 1.尋道時間(速度慢,費時)　　2.旋轉時間(速度較快)

　　5：CPU讀取數據都是從內存讀取，內存去磁盤中讀取數據，內存讀取磁盤數據大小都是以頁的大小單位。一頁 = 10kb

　　

      總結：1：當磁頭移動到另外一個磁道讀取數據就是咱們常說的一次I/O操做，MySQL數據是分佈在不一樣的磁道上的，每次讀取數據都要把全部的磁道讀取一遍。

                 那咱們進行I/O操做的次數就不少了，查詢效率就很低。

　　　　  2：索引就是把索引字段數據的地址保存起來，來幫助MySQL直接定位到哪一個磁道哪一個扇區，這樣就減小了I/O的操做次數了，天然查詢效率就提升了。

　　

　　Q2:數據結構那麼多，mysql索引爲何要用B+Tree數據結構，而不是其餘呢？確定其餘的數據不知足咱們的要求

         常見的數據結構：

           　　1：二叉樹

　　　　　2：紅黑樹

　　　　    3：hash

　　　　　4: B  Tree

　　　　　5: B+Tree

 

　　　　a.二叉樹

        　　　　二叉樹是n(n>=0)節點的有限集合，該集合或者爲空集（稱爲空二叉樹），或者由一個根節點和二棵不想交的，分別稱爲根節點的左子樹和右子樹組成。

　　　　　　不使用緣由：一個節點只有一度，就是隻有一個子節點，那讀取樹的一層就是一次I/O操做，性能也很差。

　　　　b.紅黑樹

          　　　紅黑樹即爲平衡二叉樹的一種

　　　　　　不使用緣由：一個節點有二個子節點，那就出現一層只有二個節點的狀況,這種性能也很差

　　　　c.hash

　　　　　　不使用緣由：Hash是把索引數據進行Hash算法對應一個地址，咱們會發現這個性能很好啊，直接找到可是咱們想一想，他能知足咱們平常大部分狀況麼？

　　　　　　　　　　　　好比經過大於或小於篩選數據，因此說也不合適，固然MySQL也提供了Hash索引，畢竟有些場合用起來仍是不錯的

    　　  d.B Tree

　　　　　　1.度（Degree）-節點的數據儲存個數  2.葉節點具備相同的深度  3.葉節點的指針爲空  4.節點中的數據key從左到右遞增排列

　　　　　　　

       　　　　不使用緣由：雖然解決了每一層的節點數的極端狀況下，可是每個節點存儲了索引和數據，一層存儲的數據太多也很差，畢竟內存能讀取的數據大小就10kb.

　　　　e.B+Tree

　　　　　　1.B+Tree(B-Tree的變種)　　2.非葉子節點不存儲data,只存儲key,能夠增大度　　3.葉子節點不存儲指針　　4.順序訪問指針,提升區間訪問性能

　　　　　　　　

　　　　　　使用緣由：設計有幾個方面

　　　　　　　　1：非葉子節點不存儲data,只存儲key,能夠增大度

　　　　　　　　2：葉子節點不存儲指針

　　　　　　　　3：順序訪問指針，提升區間訪問的性能。

 

　　三：B+Tree索引的性能分析

        .通常使用磁盤I/O次數評價索引結構的優劣。

　　 ..預讀：磁盤通常會順序向後讀取必定長度的數據(頁的整倍數)放入內存

　　..局部性原理：當一個數據被用到時，其附近的數據也一般會立刻被使用

　　....B+Tree節點的大小設爲等於一個頁，每次新建節點直接申請一個頁的空間，這樣保證一個節點物理上也存儲在一個頁裏，就實現了一個節點的載入只須要一次I/O

　　.....B+Tree的度d通常會超過100個，所以h很是小(通常爲3到5之間)

 

　　四：不一樣的存儲引擎，有不一樣的索引實現

   　　1：MyISAM索引實現(非彙集) 　　2.InnoDB索引實現(彙集)

 

　　　　a.MyISAM索引實現(非彙集)

　　　　---->MyISAM索引文件與數據文件是分離的

　　　　　　

 

　　　　b.InnoDB索引實現(彙集)

　　　　　　1：數據文件自己就是索引文件　　2：表數據文件自己就是按B+Tree組織的一個索引結構文件　　3：彙集索引-葉節點包含了完整的數據記錄

　　　　　　4：爲何InnoDB表必須有主鍵，而且推薦使用整型的自增主鍵？　　5：爲何非主鍵索引結構葉子節點存儲的是主鍵值？(一致性和節省存儲空間)

　　　　　　　　

 

　　五：聯合索引結構

　　--->聯合索引的底層存儲結構長什麼樣？

 

　　六：索引最左前綴原理