數據庫:為什麼MySQL數據庫要用B+樹存儲索引?

小史是一個應屆生,雖然學的是電子專業,但是自己業餘時間看了很多互聯網與編程方面的書,一心想進 BAT 互聯網公司。

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話說兩個多月前,小史通過了 A 廠的一面,兩個多月後的今天,小史終於等到了 A 廠的二面。

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在簡單的自我介紹後,面試官看了看小史的簡歷,開始發問了。

面試現場

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小史:沒問題,這個項目前端用的 React+Webpack,後端用的 Nginx+Spring Boot+Redis+MySQL,前後端是分離的,最後用 Docker 進行容器化部署。主要模塊有師生系統、課程系統、成績系統、選課系統等。

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這個項目的架構和說辭,小史早已背得溜溜的。

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小史:底層 MySQL 是存儲,Redis 是緩存,Dao 層操作 MySQL,Cache層操作 Redis,Service 層處理業務邏輯,Rest API 層為前端提供 Rest 接口。

前端這邊用 React 進行模塊化,Webpack 打包部署。網關 Nginx 進行負載均衡。MySQL、Redis、Nginx 和 Spring Boot 應用都放在 Docker 裡部署。

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題目:為什麼 MySQL 數據庫要用 B+ 樹存儲索引?小史聽到這個題目,陷入了回憶。

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前段時間的飯局

話說呂老師給小史講完人工智能的一些知識後,他們一起回家吃小史姐姐做的飯去了。

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呂老師:面試的時候一定是往深了問,不精通的話容易吃虧。不過面試時一般都是根據項目來問,項目中用到的技術,一定要多看看原理,特別是能和數據結構和算法掛鉤的那部分。

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小史:樹的話,無非就是前中後序遍歷、二叉樹、二叉搜索樹、平衡二叉樹,更高級一點的有紅黑樹、B 樹、B+ 樹,還有之前你教我的字典樹。

紅黑樹

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一聽到紅黑樹,小史頭都大了,開始抱怨了起來。

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小史:紅黑樹看過很多遍了,但是每次都記不住,它的規則實在是太多了,光定義就有四五條規則,還有插入刪除的時候,需要調整樹,複雜得很。

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呂老師:小史,問你紅黑樹,並不是讓你背誦它的定義,或者讓你手寫一個紅黑樹,而是想問問你它為什麼這樣設計,它的使用場景有哪些。

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B 樹

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呂老師:小史,你要知道,文件系統和數據庫的索引都是存在硬盤上的,並且如果數據量大的話,不一定能一次性加載到內存中。

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兩個月前,小史面試沒考慮內存情況差點掛了。

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B+ 樹

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呂老師:這也是和業務場景相關的,你想想,數據庫中 Select 數據,不一定只選一條,很多時候會選多條,比如按照 ID 排序後選 10 條。

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小史:我明白了,如果是多條的話,B 樹需要做局部的中序遍歷,可能要跨層訪問。

而 B+ 樹由於所有數據都在葉子結點,不用跨層,同時由於有鏈表結構,只需要找到首尾,通過鏈表就能把所有數據取出來了。

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回到現場

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小史:這和業務場景有關。如果只選一個數據,那確實是 Hash 更快。但是數據庫中經常會選擇多條,這時候由於 B+ 樹索引有序,並且又有鏈表相連,它的查詢效率比 Hash 就快很多了。

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小史:而且數據庫中的索引一般是在磁盤上,數據量大的情況可能無法一次裝入內存,B+ 樹的設計可以允許數據分批加載,同時樹的高度較低,提高查找效率。

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HR 和小史簡單地聊了聊基本情況,這次面試就結束了。小史走後,面試官在系統中寫下了面試評語:

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幾天後,小史收到了 A 廠的 Offer。

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