SQLite学习笔记(16)-B-tree(2)
2015-09-04 16:28
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2.5.2 B-tree结构形式
SQLite利用B-tree来组织数据库。一个数据库中含有许多B-tree,每个表和索引都有一个B-tree,其中表利用b+tree来实现,而索引是利用b-tree来实现的。2.5.2.1 B-tree
B-tree是一种多路搜索树,一颗M阶的b-tree,或为空树,或者:1. 定义任意非叶子结点最多只有M个儿子;且M>2;
2. 根结点的儿子数为[2, M];
3. 除根结点以外的非叶子结点的儿子数为[M/2, M];
4. 每个结点存放至少M/2-1(取上整)和至多M-1个关键字;(至少2个关键字)
5. 非叶子结点的关键字个数=指向儿子的指针个数-1;
6. 非叶子结点的关键字:K[1], K[2], …, K[M-1];且K[i] < K[i+1];
7. 非叶子结点的指针:P[1], P[2], …, P[M];其中P[1]指向关键字小于K[1]的子树,P[M]指向关键字大于K[M-1]的子树,其它P[i]指向关键字属于(K[i-1], K[i])的子树;
8. 所有叶子结点位于同一层。
图2.8 一个3阶b-tree
如图2.8表示一个3阶的b-tree。B-tree的搜索,从根结点开始,对结点内的关键字(有序)序列进行二分查找,如果命中则结束,否则进入查询关键字所属范围的儿子结点;重复,直到所对应的儿子指针为空,或已经是叶子结点。B-tree拥有以下特性:
1. 关键字集合分布在整颗树中;
2. 任何一个关键字出现且只出现在一个结点中;
3. 搜索有可能在非叶子结点结束;
4. 其搜索性能等价于在关键字全集内做一次二分查找;
5. 自动层次控制。
2.5.2.2 B+tree
B+tree是b-tree的变体,也是一种多路搜索树。其定义与b-tree基本相同,除了:1. 非叶子结点的子树指针与关键字个数相同;
2. 非叶子结点的子树指针P[i],指向关键字值属于[K[i], K[i+1])的子树(B-树是开区间);
3. 为所有叶子结点增加一个链指针;
4. 所有关键字都在叶子结点出现。
图2.9 一个3阶b+tree
如图2.9表示一个3阶的b+tree。B+tree的搜索与b-tree也基本相同,区别是b+tree只有达到叶子结点才命中(b-tree可以在非叶子结点命中),其性能也等价于在关键字全集做一次二分查找。不过b+tree可以很方便的做顺序遍历。B+tree拥有以下特性:
1. 所有关键字都出现在叶子结点的链表中(稠密索引),且链表中的关键字恰好是有序的;
2. 不可能在非叶子结点命中;
3. 非叶子结点相当于是叶子结点的索引(稀疏索引),叶子结点相当于是存储(关键字)数据的数据层;
4. 更适合文件索引系统。
2.5.2.3 Btree结构
Btree的定义在btreeInt.h,其结构如下所示:structBtree { sqlite3 *db; /* The database connection holding thisbtree */ BtShared *pBt; /* Sharable content of this btree */ u8inTrans; /* TRANS_NONE, TRANS_READor TRANS_WRITE */ u8 sharable; /* True if we can share pBt with anotherdb */ u8 locked; /* True if db currently has pBt locked*/ u8 hasIncrblobCur; /* True if there are oneor more Incrblob cursors */ int wantToLock; /* Number of nested calls tosqlite3BtreeEnter() */ int nBackup; /* Number of backup operations readingthis btree */ u32 iDataVersion; /* Combines withpBt->pPager->iDataVersion */ Btree *pNext; /* List of other sharable Btrees from thesame db */ Btree *pPrev; /* Back pointer of the same list */ #ifndefSQLITE_OMIT_SHARED_CACHE BtLock lock; /* Object used to lock page 1 */ #endif };
在系统运行中,有些数据库文件会被多个连接共享。这时,每个连接都会含有它所占有的这个数据库文件部分。而这个数据库文件的每个部分都会连接到相同的BtShared对象中。BtShared的定义在btreeInt.h中,其结构如下所示:
structBtShared { Pager *pPager; /* The page cache */ sqlite3 *db; /* Database connection currentlyusing this Btree */ BtCursor *pCursor; /* A list of all open cursors */ MemPage*pPage1; /* First page of thedatabase */ u8 openFlags; /* Flags to sqlite3BtreeOpen() */ #ifndefSQLITE_OMIT_AUTOVACUUM u8 autoVacuum; /* True if auto-vacuum is enabled */ u8 incrVacuum; /* True if incr-vacuum is enabled */ u8 bDoTruncate; /* True to truncate db on commit */ #endif u8 inTransaction; /* Transaction state */ u8 max1bytePayload; /* Maximum first byte of cell for a 1-bytepayload */ #ifdefSQLITE_HAS_CODEC u8 optimalReserve; /* Desired amount of reserved space perpage */ #endif u16 btsFlags; /* Boolean parameters. See BTS_* macros below */ u16 maxLocal; /* Maximum local payload innon-LEAFDATA tables */ u16 minLocal; /* Minimum local payload in non-LEAFDATAtables */ u16 maxLeaf; /* Maximum local payload in aLEAFDATA table */ u16 minLeaf; /* Minimum local payload in aLEAFDATA table */ u32 pageSize; /* Total number of bytes on a page */ u32 usableSize; /* Number of usable bytes on each page*/ int nTransaction; /* Number of open transactions (read +write) */ u32 nPage; /* Number of pages in the database*/ void *pSchema; /* Pointer to space allocated bysqlite3BtreeSchema() */ void (*xFreeSchema)(void*); /* Destructor for BtShared.pSchema */ sqlite3_mutex *mutex; /* Non-recursive mutexrequired to access this object */ Bitvec *pHasContent; /* Set of pages moved to free-list thistransaction */ #ifndefSQLITE_OMIT_SHARED_CACHE int nRef; /* Number of references to thisstructure */ BtShared *pNext; /* Next on a list of sharable BtSharedstructs */ BtLock *pLock; /* List of locks held on thisshared-btree struct */ Btree *pWriter; /* Btree with currently open writetransaction */ #endif u8 *pTmpSpace; /* Temp space sufficient to hold asingle cell */ };
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