B-Baum-Indizierung

Ein B-Baum-Index ist eine balancierte Baumdatenstruktur, die häufig in Datenbanken verwendet wird, um große Datenmengen effizient zu organisieren und zu durchsuchen.
B-Bäume sind sehr ähnlich zu binären Suchbäumen (BST), aber die Knoten in einem B-Baum können mehr als zwei Kinder haben. Mehr über BSTs erfahren Sie im Kurs zu Algorithmen und Datenstrukturen.

B-Bäume speichern Schlüssel in sortierter Reihenfolge innerhalb der Knoten, was eine schnelle Datenabfrage durch hierarchische Durchquerung vom Wurzel- zu den Blattknoten ermöglicht. B-Baum-Indexierung eignet sich gut für Bereichsabfragen und Gleichheitssuchen, was sie zu einer beliebten Wahl zur Optimierung der Datenbankleistung macht.

Wie funktioniert es?

Ein B-Baum-Index organisiert Daten auf eine hierarchische Weise, wobei jeder Knoten eine feste Anzahl von Schlüsseln und Zeigern zu Kindknoten enthält.
B-Bäume halten das Gleichgewicht, indem sie sicherstellen, dass alle Blattknoten auf derselben Ebene sind, was Suchoperationen optimiert.
Beim Suchen nach einem bestimmten Schlüssel durchläuft der B-Baum-Algorithmus den Baum vom Wurzelknoten bis zu den Blattknoten und nutzt die binäre Suche, um den gewünschten Schlüssel effizient zu finden.

Indexsuche beinhaltet das Durchlaufen des Baums, um die Blattknoten zu erreichen, das Folgen der Blattknoten-Kette, um übereinstimmende Datensätze zu finden, und das Abrufen der tatsächlichen Daten von der Festplatte.

In der Abbildung wird die Suche nach dem Schlüssel 302 gezeigt:

1. Eine Suchbaumstruktur ist eine Art von Baum, bei dem jeder Knoten zwei Zeiger hat: Der linke Zeiger zeigt auf Kindknoten mit Werten, die kleiner als der Elternknoten sind, und der rechte Zeiger zeigt auf Kindknoten mit Werten, die größer als der Elternknoten sind;

2. In einem B-Baum kann der Wurzelknoten mehrere Indexwerte enthalten. Wenn der Wurzelknoten beispielsweise drei verschiedene Werte enthält, hat er drei Zeiger, die jeweils den Wertebereich zwischen diesen Schlüsselwerten anzeigen;

3. Um nach einem Schlüssel wie 302 zu suchen, beginnt die Suche am Wurzelknoten und folgt den entsprechenden Zeigern zu den Blattknoten. Die Suche ist abgeschlossen, nachdem drei Baumblöcke durchlaufen wurden, wie im Diagramm rot hervorgehoben;

4. Um nach einem Wertebereich ab 302 zu suchen, können Sie die horizontalen Zeiger zwischen den Blattknoten verwenden. Beispielsweise erfolgt das Abrufen von Werten von 302 bis 502, indem die Blattknoten nacheinander verfolgt werden.

Hinweis

Der Schlüssel, der für die Suche in einem B-Baum-Index verwendet wird, stammt aus den in der indizierten Spalte(n) der Datenbanktabelle gespeicherten Werten. Wenn der Index beispielsweise auf einer Spalte wie "client_id" liegt, ist der Suchschlüssel der tatsächliche "client_id"-Wert. Jeder eindeutige numerische Wert in der indizierten Spalte dient als Schlüssel im B-Baum-Index, was das Finden und Abrufen der entsprechenden Zeilen in der Datenbanktabelle erleichtert.

Vor- und Nachteile

Im Gegensatz zur Standard-Binärbaum-Datenstruktur können B-Baum-Knoten mehr als 2 Kinder aufnehmen. Die standardmäßige maximale Anzahl von Kindern pro Knoten ist typischerweise auf 16 festgelegt.

Indeximplementierung

Um einen B-Baum-Index auf einer Spalte in PostgreSQL zu erstellen, können Sie den folgenden SQL-Befehl verwenden:

Da der B-Baum-Index ein Standardindex in SQL ist, können wir auch die folgende Anweisung verwenden, um ihn zu erstellen:

Hinweis

In SQL, wenn Sie eine Tabelle mit einer Primärschlüsselbeschränkung erstellen, erstellen die meisten Datenbankverwaltungssysteme automatisch einen Index auf den in der Primärschlüssel angegebenen Spalte(n). Dieser Index hilft, die Einzigartigkeitsbeschränkung des Primärschlüssels durchzusetzen und verbessert auch die Leistung von Abfragen, die das Suchen oder Verbinden basierend auf der Primärschlüsselspalte(n) beinhalten.