mysql的innodb数据存储结构

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数据库磁盘读取与系统磁盘读取

1，系统从磁盘中读取数据到内存时是以磁盘块（block）为基本单位，位于同一个磁盘块中的数据会被一次性读取出来。

2，innodb存储引擎中有页（Page）的概念，页是数据库管理磁盘的最小单位，innodb存储引擎中默认每个页的大小为16kb，每次读取磁盘时都将页载入内存中。

3，系统一个磁盘块的大小空间往往没有16kb这么大，因此innodb每次io操作时都会将若干个地址连续的磁盘块的数据读入内存，从而实现整页读入内存

问题：数据库的数据结构时怎样的？B树和B+树有什么区别，为什么选择B+树作为存储数据的结构，而不是B树？

B树和B+树

Btree

一个M阶的B-tree有如下特点

1，每个节点最多有m个孩子（分叉），

2，除了根节点和叶子节点外，其他每个节点至少有ceil（m/2）个孩子

3，若根节点不是叶子节点，则至少有两个孩子

4，所有叶子节点都再同一层，且不包含其他关键字信息

5，每个非终端节点包含n个关键字信息，关键字的个数n满足ceil(m/2)-1<=n<= m-1 其中m为阶数

6，ki(i=1,…n)为关键字，且关键字（主键primary key）升序排序。

7，. Pi(i=1,…n)为指向子树根节点的指针。P(i-1)指向的子树的所有节点关键字均小于ki，但都大于k(i-1);

B-tree每个节点都包含指针，key以及data，每个节点含有三个指向子节点的指针和两个升序排序的关键字（key）

模拟查找关键字29的过程：

1. 根据根节点找到磁盘块1，读入内存。【磁盘I/O操作第1次】

2. 比较关键字29在区间（17,35），找到磁盘块1的指针P2。

3. 根据P2指针找到磁盘块3，读入内存。【磁盘I/O操作第2次】

4. 比较关键字29在区间（26,30），找到磁盘块3的指针P2。

5. 根据P2指针找到磁盘块8，读入内存。【磁盘I/O操作第3次】

6. 在磁盘块8中的关键字列表中找到关键字29。

分析上面过程，发现需要3次磁盘I/O操作，和3次内存查找操作。由于内存中的关键字是一个有序表结构，可以利用二分法查找提高效率。而3次磁盘I/O操作是影响整个B-Tree查找效率的决定因素。

B树上大部分的操作（插入、删除、查询）所需要的磁盘存取次数和B树的高度是成正比的，并且B树是尽量多的在节点上存储信息，保证导数尽量少，在B树中可以检查多个子结点，由于在一棵树中检查任意一个结点都需要一次磁盘访问，所以B树避免了大量的磁盘访问，减少了磁盘I/O。

B+tree

毫无疑问，减少树的高度是有效减少IO次数提高效率的方式，b-tree结构每个节点不仅包含key值，还有data值，每一个页的存储（16kb）是有限的，每个节点可容纳的指针和keydata是有，如果data数据含量大，那么一个页保存的指针和key的数量就会减少，从而增页节点的数量，这就增加btree的深度，增加读取磁盘的次数，进而影响查询效率

而在b+tree中，一个节点记录的都是key值和指针（排除了data值），这样就可以记录更多的key值，其key值是升序排序，

B+tree和b-tree有如下不同点

1，非叶子节点只存储键值信息（key信息）

2，所有叶子节点之间都有一个链指针，数据都存放再叶子节点中

推算

innodb存储引擎一页的大小为16kb，一般主键类型为int占4个字节，或bigint占8个字节，指针类型页一般4个或8个字节，也就是说一个页中大概存储16*1024/16=1024个key，深度为3的B+tree索引（三页）可以维护1024*1024*1024=10亿条记录，实际情况每个节点不可能填满，B+tree的高度一般为2-4曾，mysql的innodb存储引擎将根节点常驻内存，也就是查找某一键值的行记录最多需要1-3次磁盘IO操作

页的概念，

页是innodb读取磁盘的最小单位，整页整页的读取

页分为，数据页（BTreeNode），Undo页（undo Log page），系统页（Systempage）,事务数据页（Transaction SystemPage）每个数数据页的大小为16kb，每个page使用一个32位int值来表示，

一个page的基本结构

1，0-38：page头部，id，类型信息等占38个字节，头部保存两个指针分别指向前一个page和后一个page，page是一个双向列表

2，38-16376：不同的类型页所含的数据不同，这部分空间包含系统记录（SystemRecord）和用户记录（UserRecord），我们表中的一条条记录就放在UserRecord部分，UserRecord存放的内容可以是以下内容

a,主键索引树非叶子节点,B+tree索引，和指针

b,主键索引树叶子节点，key和data（就是记录本身）

c,辅助键索引树非叶子节点,B+tree辅助索引

d,辅助键索引树叶子节点，key和data（这里的data是主键）

页可以装很多种数据信息，有的页是B+树的所有主键索引，有的页是B+树的叶子节点也就是数据记录本身，有的页是我们创建的二级索引，

16376-16384：page尾部

页和节点的关系

页和节点没有强相关关系

由页组成的链表，页之间是双向列表，页里面的数据是单向链表，这种结构组成了主键索引B+树，组成了叶子节点数据。

定位一条记录的过程，select  * from table where id = 29

系统经过解析sql语句，首先读取装有非叶子节点page页，遍历非叶子节点，这个过程随着节点的遍历会将一个或多个page页加载到内存，直到定位到这条记录的叶子节点，然后遍历找出该条记录。

如果使用了二级索引则先读取二级索引page遍历这个二级索引，找到装有主键信息叶子节点page页，遍历找到该主键。然后再根据主键索引寻找到该条记录

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NTEzMjc5Mw==&mid=2650554818&idx=1&sn=ff0bd7677c431d42ed2346f1aa4e2b7d&chksm=f3f83354c48fba4293a6d0f7bab8aa5744ffaa31a0c42f5419fee63fcbb7f0658413850f5399&token=1663379705&lang=zh_CN#rd