深刻理解Mysql索引底层数据结构与算法

索引的定义：索引(Index)是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。

Q1：你们使用索引有没有想过这个问题？为何索引可以帮助mysql高效获取数据？我一一给你们道来！在给你们讲以前，先更你们分享一些计算机基础知识，有助于理解

A：1:MySQL的数据都是以文件的形势存储在磁盘上的。

      2：磁盘是由一圈一圈的磁道组成。

      3：磁头移动到不一样的磁道，磁盘旋转，这样就能够读到数据。

　　4：磁盘存取原理 1.寻道时间(速度慢,费时)　　2.旋转时间(速度较快)

　　5：CPU读取数据都是从内存读取，内存去磁盘中读取数据，内存读取磁盘数据大小都是以页的大小单位。一页 = 10kb

　　

      总结：1：当磁头移动到另外一个磁道读取数据就是咱们常说的一次I/O操做，MySQL数据是分布在不一样的磁道上的，每次读取数据都要把全部的磁道读取一遍。

                 那咱们进行I/O操做的次数就不少了，查询效率就很低。

　　　　  2：索引就是把索引字段数据的地址保存起来，来帮助MySQL直接定位到哪一个磁道哪一个扇区，这样就减小了I/O的操做次数了，天然查询效率就提升了。

　　

　　Q2:数据结构那么多，mysql索引为何要用B+Tree数据结构，而不是其余呢？确定其余的数据不知足咱们的要求

         常见的数据结构：

           　　1：二叉树

　　　　　2：红黑树

　　　　    3：hash

　　　　　4: B  Tree

　　　　　5: B+Tree

 

　　　　a.二叉树

        　　　　二叉树是n(n>=0)节点的有限集合，该集合或者为空集（称为空二叉树），或者由一个根节点和二棵不想交的，分别称为根节点的左子树和右子树组成。

　　　　　　不使用缘由：一个节点只有一度，就是只有一个子节点，那读取树的一层就是一次I/O操做，性能也很差。

　　　　b.红黑树

          　　　红黑树即为平衡二叉树的一种

　　　　　　不使用缘由：一个节点有二个子节点，那就出现一层只有二个节点的状况,这种性能也很差

　　　　c.hash

　　　　　　不使用缘由：Hash是把索引数据进行Hash算法对应一个地址，咱们会发现这个性能很好啊，直接找到可是咱们想一想，他能知足咱们平常大部分状况么？

　　　　　　　　　　　　好比经过大于或小于筛选数据，因此说也不合适，固然MySQL也提供了Hash索引，毕竟有些场合用起来仍是不错的

    　　  d.B Tree

　　　　　　1.度（Degree）-节点的数据储存个数  2.叶节点具备相同的深度  3.叶节点的指针为空  4.节点中的数据key从左到右递增排列

　　　　　　　

       　　　　不使用缘由：虽然解决了每一层的节点数的极端状况下，可是每个节点存储了索引和数据，一层存储的数据太多也很差，毕竟内存能读取的数据大小就10kb.

　　　　e.B+Tree

　　　　　　1.B+Tree(B-Tree的变种)　　2.非叶子节点不存储data,只存储key,能够增大度　　3.叶子节点不存储指针　　4.顺序访问指针,提升区间访问性能

　　　　　　　　

　　　　　　使用缘由：设计有几个方面

　　　　　　　　1：非叶子节点不存储data,只存储key,能够增大度

　　　　　　　　2：叶子节点不存储指针

　　　　　　　　3：顺序访问指针，提升区间访问的性能。

 

　　三：B+Tree索引的性能分析

        .通常使用磁盘I/O次数评价索引结构的优劣。

　　 ..预读：磁盘通常会顺序向后读取必定长度的数据(页的整倍数)放入内存

　　..局部性原理：当一个数据被用到时，其附近的数据也一般会立刻被使用

　　....B+Tree节点的大小设为等于一个页，每次新建节点直接申请一个页的空间，这样保证一个节点物理上也存储在一个页里，就实现了一个节点的载入只须要一次I/O

　　.....B+Tree的度d通常会超过100个，所以h很是小(通常为3到5之间)

 

　　四：不一样的存储引擎，有不一样的索引实现

   　　1：MyISAM索引实现(非汇集) 　　2.InnoDB索引实现(汇集)

 

　　　　a.MyISAM索引实现(非汇集)

　　　　---->MyISAM索引文件与数据文件是分离的

　　　　　　

 

　　　　b.InnoDB索引实现(汇集)

　　　　　　1：数据文件自己就是索引文件　　2：表数据文件自己就是按B+Tree组织的一个索引结构文件　　3：汇集索引-叶节点包含了完整的数据记录

　　　　　　4：为何InnoDB表必须有主键，而且推荐使用整型的自增主键？　　5：为何非主键索引结构叶子节点存储的是主键值？(一致性和节省存储空间)

　　　　　　　　

 

　　五：联合索引结构

　　--->联合索引的底层存储结构长什么样？

 

　　六：索引最左前缀原理