数据结构与算法之美学习笔记:B+树(第48讲)
一、解决问题的前提是定义清楚问题
通过对一些模糊需求进行假设,来限定要解决问题的范围
根据某个值查找数据,比如 select * from use where id=1234;
根据区间值来查询某些数据比如 select * from use where id > 1234 and id < 2345
性能方面的需求,我们主要考察时间和空间两方面,也就是执行效率和存储空间
执行效率:我么你希望通过索引,查询数据的效率尽可能的高;
存储空间方面:我们希望索引不需要消耗太多的内存空间
二、尝试用学过的数据结构解决这个问题
支持快速查询、插入等操作的动态数据结构,我们已经学过散列表、平衡二叉树、跳表
这样看来,跳表是可以解决这个问题,实际上,数据库索引所用到的数据结构跟跳表非常相似,叫做B+树
它是通过跳表演化雇来的,而非跳表
三、改造二叉查找树来解决这个问题
1、实现代码
/**
* 这是 B+ 树非叶子节点的定义。
*
* 假设 keywords=[3, 5, 8, 10]
* 4 个键值将数据分为 5 个区间:(-INF,3), [3,5), [5,8), [8,10), [10,INF)
* 5 个区间分别对应:children[0]...children[4]
*
* m 值是事先计算得到的,计算的依据是让所有信息的大小正好等于页的大小:
* PAGE_SIZE = (m-1)*4[keywordss 大小]+m*8[children 大小]
*/
public class BPlusTreeNode {
public static int m = 5; // 5 叉树
public int[] keywords = new int[m-1]; // 键值,用来划分数据区间
public BPlusTreeNode[] children = new BPlusTreeNode[m];// 保存子节点指针
} /**
* 这是 B+ 树中叶子节点的定义。
*
* B+ 树中的叶子节点跟内部结点是不一样的,
* 叶子节点存储的是值,而非区间。
* 这个定义里,每个叶子节点存储 3 个数据行的键值及地址信息。
*
* k 值是事先计算得到的,计算的依据是让所有信息的大小正好等于页的大小:
* PAGE_SIZE = k*4[keyw.. 大小]+k*8[dataAd.. 大小]+8[prev 大小]+8[next 大小]
*/
public class BPlusTreeLeafNode {
public static int k = 3;
public int[] keywords = new int[k]; // 数据的键值
public long[] dataAddress = new long[k]; // 数据地址 public BPlusTreeLeafNode prev; // 这个结点在链表中的前驱结点
public BPlusTreeLeafNode next; // 这个结点在链表中的后继结点
}
2、实现步骤
3、实现思路
分裂合并
4、删除操作的例子
四、总结引申
1、每个节点中子节点的个数不能超过m,也不能小于m/2
2、根节点的子节点个数不可超过m/2,这是一个例外
3、M叉树只存储索引,并不真正存储数据,这个有点类似跳表
4、通过链表将叶子阶段串联在一次,这样可以方便区间查询
5、一般情况下,根节点会被存储在内存中,其他节点存储在磁盘中
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