如果仅仅看查询效率,有序数组就是最好的数据结构了。但是,在需要更新数据的时候就麻烦了,你往中间插入一个记录就必须得挪动后面所有的记录,成本太高。所以,有序数组索引只适用于静态存储引擎
7)继续插入7

当前节点超过关键字的个数,进行分裂。由于是叶子节点,分裂成两个节点,左节点2个记录,右节点3个记录,关键字7进位到父节点(索引类型)中,将当前节点的指针指向父节点,如下图所示

当前节点超过关键字的个数,进行分裂。由于是索引节点,左节点2个关键字,右节点2个关键字,关键字16进入到父节点中,将当前节点指向父节点,如下图所示

当前节点的关键字个数满足条件,插入结束
2: B+树的删除操作
如果叶子节点中没有相应的key,则删除失败。否则执行下面的步骤:
- 1)删除叶子节点中对应的key。删除后若节点的key的个数大于等于Math.ceil(m/2) – 1,删除操作结束,否则执行第2步。
- 2)若兄弟节点key有富余(大于Math.ceil(m/2) – 1),向兄弟节点借一个记录,同时用借到的key替换父结(指当前节点和兄弟节点共同的父节点)点中的key,删除结束。否则执行第3步。
- 3)若兄弟节点中没有富余的key,则当前节点和兄弟节点合并成一个新的叶子节点,并删除父节点中的key(父节点中的这个key两边的孩子指针就变成了一个指针,正好指向这个新的叶子节点),将当前节点指向父节点(必为索引节点),执行第4步
- 4)若索引节点的key的个数大于等于Math.ceil(m/2) – 1,则删除操作结束。否则执行第5步
- 5)若兄弟节点有富余,父节点key下移,兄弟节点key上移,删除结束。否则执行第6步
- 6)当前节点和兄弟节点及父节点下移key合并成一个新的节点。将当前节点指向父节点,重复第4步。
1)初始状态

2)删除22

删除后叶子节点中key的个数大于等于2,删除结束
3)删除15

当前节点只有一个key,不满足条件,而兄弟节点有三个key,可以从兄弟节点借一个关键字为9的记录,同时更新将父节点中的关键字由10也变为9,删除结束。

4)删除7

当前节点关键字个数小于2,(左)兄弟节点中的也没有富余的关键字(当前节点还有个右兄弟,不过选择任意一个进行分析就可以了,这里我们选择了左边的),所以当前节点和兄弟节点合并,并删除父节点中的key,当前节点指向父节点。

此时当前节点的关键字个数小于2,兄弟节点的关键字也没有富余,所以父节点中的关键字下移,和两个孩子节点合并,结果如下图所示。

以上,我们将B+树基本讲解完成了,那么我们一起进入相对偏实战的内容吧
在MySQL中,索引是在存储引擎层实现的,所以并没有统一的索引标准,即不同存储引擎的索引的工作方式并不一样。而即使多个存储引擎支持同一种类型的索引,其底层的实现也可能不同。由于InnoDB存储引擎在MySQL数据库中使用最为广泛,所以下面我就以InnoDB为例,和你分析一下其中的索引模型
索引:
InnoDB 的索引模型
在InnoDB中,表都是根据主键顺序以索引的形式存放的,这种存储方式的表称为索引组织表。又因为前面我们提到的,InnoDB使用了B+树索引模型,所以数据都是存储在B+树中的。每一个索引在InnoDB里面对应一棵B+树。假设,我们有一个主键列为ID的表,表中有字段k,并且在k上有索引。这个表的建表语句是:
mysql> create table T(
id int primary key,
k int not null,
name varchar(16),
index (k))engine=InnoDB;
表中R1~R5的(ID,k)值分别为(100,1)、(200,2)、(300,3)、(500,5)和(600,6),两棵树的示例示意图如下
从图中不难看出,根据叶子节点的内容,索引类型分为主键索引和非主键索引。主键索引的叶子节点存的是整行数据。在InnoDB里,主键索引也被称为聚簇索引(clusteredindex)非主键索引的叶子节点内容是主键的值。在InnoDB里,非主键索引也被称为二级索引
(secondary index)。根据上面的索引结构说明,我们来讨论一个问题:基于主键索引和普通索引的查询有什么区别?
如果语句是select *fromTwhere ID=500,即主键查询方式,则只需要搜索ID这棵B+树;
如果语句是select *fromTwhere k=5,即普通索引查询方式,则需要先搜索k索引树,得到ID的值为500,再到ID索引树搜索一次。这个过程称为回表。也就是说,基于非主键索引的查询需要多扫描一棵索引树。因此,我们在应用中应该尽量使用主键查询
索引维护
B+树为了维护索引有序性,在插入新值的时候需要做必要的维护。以上面这个图为例,如果插入新的行ID值为700,则只需要在R5的记录后面插入一个新记录。如果新插入的ID值为400,就相对麻烦了,需要逻辑上挪动后面的数据,空出位置。而更糟的情况是,如果R5所在的数据页已经满了,根据B+树的算法,这时候需要申请一个新的数据页,然后挪动部分数据过去。这个过程称为页分裂。在这种情况下,性能自然会受影响。除了性能外,页分裂操作还影响数据页的利用率。原本放在一个页的数据,现在分到两个页中,
整体空间利用率降低大约50%。当然有分裂就有合并。当相邻两个页由于删除了数据,利用率很低之后,会将数据页做合并。合并的过程,可以认为是分裂过程的逆过程。
联合索引
首先,
我们先来看一下这个问题:在下面这个表T中,如果我执行 select *fromTwhere k between 3 and 5,需要执行几次树的搜索操作,会扫描多少行?下面是这个表的初始化语句
mysql> create table T (
ID int primary key,
k int NOT NULL DEFAULT 0,
s varchar(16) NOT NULL DEFAULT ‘‘,
index k(k))
engine=InnoDB;
insert into T values(100,1, ‘aa‘),(200,2,‘bb‘),(300,3,‘cc‘),(500,5,‘ee‘),(600,6,‘ff‘),(700,7,‘gg’)
现在,我们一起来看看这条SQL查询语句的执行流程:
1. 在k索引树上找到k=3的记录,取得 ID = 300;
2. 再到ID索引树查到ID=300对应的R3;
3. 在k索引树取下一个值k=5,取得ID=500;
4. 再回到ID索引树查到ID=500对应的R4;
5. 在k索引树取下一个值k=6,不满足条件,循环结束。
在这个过程中,回回到到主主键键索索引引树树搜搜索索的的过过程程,,我我们们称称为为回回表表。可以看到,这个查询过程读了k索引树的3条记录(步骤1、3和5),回表了两次(步骤2和4
在这个例子中,由于查询结果所需要的数据只在主键索引上有,所以不得不回表。那么,有没有可能经过索引优化,避免回表过程呢?
如果执行的语句是select ID fromTwhere k between 3 and 5,这时只需要查ID的值,而ID的值已经在k索引树上了,因此可以直接提供查询结果,不需要回表。也就是说,在这个查询里面,索引k已经“覆盖了”我们的查询需求,我们称为覆盖索引。
基于上面覆盖索引的说明,我们来讨论一个问题:在一个市民信息表上,是否有必要将身份证号和名字建立联合索引?
CREATE TABLE `tuser` (
`id` int(11) NOT NULL,
`id_card` varchar(32) DEFAULT NULL,
`name` varchar(32) DEFAULT NULL,
`age` int(11) DEFAULT NULL,
`ismale` tinyint(1) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `id_card` (`id_card`),
KEY `name_age` (`name`,`age`)
) ENGINE=InnoDB
我们知道,身份证号是市民的唯一标识。也就是说,如果有根据身份证号查询市民信息的需求,我们只要在身份证号字段上建立索引就够了。而再建立一个(身份证号、姓名)的联合索引,是不是浪费空间?
如果现在有一个高频请求,要根据市民的身份证号查询他的姓名,这个联合索引就有意义了。它可以在这个高频请求上用到覆盖索引,不再需要回表查整行记录,减少语句的执行时间。当然,索引字段的维护总是有代价的。因此,在建立冗余索引来支持覆盖索引时就需要权衡考虑了
最左前缀原则:
看到这里你一定有一个疑问,如果为每一种查询都设计一个索引,索引是不是太多了。如果我现在要按照市民的身份证号去查他的家庭地址呢?虽然这个查询需求在业务中出现的概率不高,但总不能让它走全表扫描吧?反过来说,单独为一个不频繁的请求创建一个(身份证号,地址)的索引又感觉有点浪费。应该怎么做呢?这里,B+树这种索引结构,可以利用索引的最左前缀来定位记录,为了直观地说明这个概念,我们用(name,age)这个联合索引来分析
顺序问题: 联合索引存在一个顺序问题,那就是首先以最左的索引对应的值进行排序,在第一个索引相同值的情况下,在对第二个索引排序,一次往下。。 举例:上图中name属于第一索引,所以第一索引是按照name排序的,在name相同的情况下(比如张三),在对第二个索引对应的值进行排序,就如上图的三个张三下age是按照10,10,20排序的.
可以看到,索引项是按照索引定义里面出现的字段顺序排序的。当你的逻辑需求是查到所有名字是“张三”的人,,可以快速定位到ID4,然后向后遍历得到所有需要的结果。如果你要查的是所有名字名为占山并且年龄为10的人,这时,你也能够用上这个索引,查找到第一个符合条件的记录是ID4,然后向后遍历,直到不满足条件为止,这样可以筛选出ID-4道ID-6的值,然后在遍历第二个条件,ID4满足条件,一次向后便利,直到便利道ID-6大于10,遍历结束(并不是因为ID-6在图中是最后一个值才不继续便利的,因为在第一个索引对应的值相等的情况,第二个索引的值是按照顺序排列的,因为ID-6中age已经>10了,如果后面还存在值肯定也是>=20的,那么肯定满足!=10的条件,所以就没必要向后遍历了)
基于上面对最左前缀索引的说明,我们来讨论一个问题:在建立联合索引的时候,如何安排索引内的字段顺序。。这里我们的评估标准是,索引的复用能力。因为可以支持最左前缀,所以当已经有了(a,b)这个联合索引后,一般就不需要单独在a上建立索引了。因此,第一原原则是,,如果通过调整顺序,可以少维护一个索引,那么这个顺序往往就是需要优先考虑采用的,所以现在你知道了,这段开头的问题里,我们要为高频请求创建(身份证号,姓名)这个联合索引,并用这个索引支持“根据身份证号查询地址”的需求。那么,如果既有联合查询,又有基于a、b各自的查询呢?查询条件里面只有b的语句,是无法使用(a,b)这个联合索引的,这时候你不得不维护另外一个索引,也就是说你需要同时维护(a,b)、(b) 这两个索引