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为何MySQL使用B+树,MongoDB使用B树

今天在网上看到一篇很有意思的关于B+树和B树的探讨,值得收藏,所以写下此篇文章。
网上有些文章会写到B树不适合做文件存储系统的索引结构,那么它真的那么不堪吗?

一、B树和B+树的结构与特点

首先,看一下B树和B+树的结构图:
B树:
1

通过上图可以发现B树的特点为:

  • 1、每个节点都存储数据data
  • 2、叶子节点之间无相邻指针关联

B+树:
2

通过上图对B+树的结构的观察,其特点为:

  • 1、数据data只存储在叶子节点上
  • 2、所有叶子节点上都通过指针进行关联

所以,综上观察,得出以下结论:
1、B树存储结构中,数据存储在各个节点上,在做单一查询时,其查询性能不稳定,最好的情况为O(1),但是整体来说,单一查询还是B树较为合适。
但在B树上做遍历查询时,由于其没有指针对各节点进行关联,所以效率不高,每次遍历都需要从根节点开始查找。
2、B+树存储结构中,由于其数据只存储叶子节点上,所以在做单一查询时,查询性能固定,每次都从根节点开始查找,最后查到叶子节点上。
但在B+树上做遍历查询时,由于其叶子节点上存在关联指针,所以遍历时不需要回到根节点遍历,只需要对叶子节点进行遍历即可,所以B+树的范围查询效率较高。

二、继续分析

那么是不是可以这么想:由于MongoDB中主要做单一查询,所以用B树呢?而MySQL遍历查询场景应用比较频繁,所以采用B+树呢?
那么问题来了:为什么MySQL中做数据遍历多,而MongoDB中数据遍历少呢?

带着这些疑问,继续往下分析:
我们知道,MySQL属于关系型数据库,MongoDB属于非关系型数据库。
举个例子:此时,我们有两个逻辑需要建表存储数据,分别为:
1、学生信息;2、班级信息。
其逻辑关系为:一个班级对应多个学生,一个学生只能有一个班级,即一对多的关系
在关系型数据库中分为一对一,一对多,多对多三种关系,其中一对多的关系,使用两张表即可:
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此时在查询class_name=’一班’的所有学生时,sql为:【class_name列建立索引】

1
2
3
select * from test_student where class_id in (
select id from test_class where class_name='一班'
);

以上sql就涉及到数据遍历查询的操作。也就是说会到B+树的叶子节点上进行遍历查询。

在非关系型数据库MongoDB中,如果以MySQL设计表的思想去建立数据类型就是:
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以MySQL的思想去设计MongoDB的话,对于MongoDB的B树结构就是一种浪费了。
MongoDB之所以使用B树结构,肯定是不希望使用者以关系型数据库的思想去建立数据表结构。
所以,考虑B树的结构,在MongoDB中,应该这样创建表:
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此时,查询班级为 “一班” 的查询语句就为:【class_name列建索引】

1
db.class.find( {class_name: '一班'} )

这样就是一个单一查询,不需要遍历逐行匹配,最好的情况下,一次就能查到。

三、总结

由于关系型数据库和非关系型数据库在设计方式上的不同,导致在关系型数据库中,遍历查询十分普遍,且严格来说B+树的单一查询效率也很均衡,所以采用B+树比较合理。
而非关系型数据库中,单一查询十分常见,所以采用B树,相比较B+树来说,虽然效率不均衡,但是总体来说单一查询效率还是比B+树高的。