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索引原理&本质

MySQL官方解释：索引是为MySQL提高获取数据效率的数据结构，为了快速查询数据。索引是满足某种特定查找算法的数据结构，而这些数据结构会以某种方式指向数据，从而实现高效查找数据。

B+树

MySQL一般以B+树作为其索引结构，那么B+树有什么特点呢？

树度为n的话，每个节点指针上限为2n+1

非叶子节点不存储数据，只存储指针索引；叶子节点存储所有数据，不存储指针

在经典B+树基础上增加了顺序访问指针，每个叶子节点都有指向相邻下一个叶子节点的指针，如图所示。主要为了提高区间访问的性能，例如要找key为20到50的所有数据，只要按着顺序访问路线一次性访问所有数据节点。

带顺序访问的B+树简图

局部性原理和磁盘预读

那么为什么数据库系统普遍使用B+树作为索引结构，而不选例如红黑树其他结构呢？

首先要先来介绍下局部性原理和磁盘预读的概念。

一般来说，索引本身较大，不会全部存储在内存中，会以索引文件的形式存储在磁盘上。所以索引查找数据过程中就会产生磁盘IO操作，而磁盘IO相对于内存存取非常缓慢，因此索引结构要尽量减少磁盘IO的存取次数。

为了减少磁盘IO，磁盘往往会进行数据预读，会从某位置开始，预先向后读取一定长度的数据放入内存，即局部性原理。因为磁盘顺序读取的效率较高，不需要寻道时间，因此可以提高IO效率。

预读长度一般为页的整数倍，主存和磁盘以页作为单位交换数据。当需要读取的数据不在内存时，触发缺页中断，系统会向磁盘发出读取磁盘数据的请求，磁盘找到数据的起始位置并向后连续读取一页或几页数据载入内存，然后中断返回，系统继续运行。而一般数据库系统设计时会将B+树节点的大小设置为一页，这样每个节点的载入只需要一次IO。

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