一、前言
這篇文章動筆之前，光標題就思考了半天，因爲文章的起源是一位網友的評論，問的問題比較犀利且分散，實在是不容易擬定標題。博主就藉着這個機會研究下這些問題，分別作答一下。
這裏是網友的提問：
文章鏈接：mysql的查詢需要遍歷幾次B+樹，理論上需要幾次磁盤I/O？
二、正式作答部分
這裏分析完這個網友的提問之後，可以大致分爲4個問題來回答，下面博主分別嘗試作答一下，有不正確的地方歡迎大家指正討論~
1、關於B+樹的非葉子節點存儲問題
（1）B+樹的大致結構
由圖片可以看到，innodb中的B+樹，非葉子節點主要是存儲主鍵的記錄值，按照主鍵的大小順序排成一個單向鏈表。
葉子節點是存放用戶數據的，頁內數據根據用戶記錄的主鍵大小排列成的單向鏈表。而頁和頁之間是根據主鍵大小順序排成一個雙向鏈表。（ PS： 這裏感謝評論區的同學指出錯誤，十分感謝！）
（2）模擬計算下B+樹存儲的數據量
我們這裏計算下，假設非葉節點不同元素佔用情況爲：下一條記錄指針佔4Byte，id值8Byte，目標記錄指針4Byte，那麼一個4Kb的磁盤塊將大致可以容納250個下級指針。
我們假設，一個4kb的磁盤塊可以容納100條數據(用戶的實際數據)：
如果B+樹只有1層，也就是隻有1個用於存放用戶記錄的節點，最多能存放100條記錄。
如果B+樹有2層，最多能存放250×100=2.5W條記錄。
如果B+樹有3層，最多能存放250×250×100=625W條記錄。
（3）網友的問題答案
原來的計算方式確實是不嚴謹的，只有非葉子節點纔會存有葉子節點的頁記錄，也就是所謂的“下級指針”。實際的存儲方式應該是這篇重寫的部分。
2、磁盤IO次數計算問題
（1）什麼是一次IO
每次IO其實是磁盤控制器向磁盤發出一次讀/寫指令，給出開始扇區的地址和向後連續讀/寫的扇區的個數。控制器發出的這種指令＋數據，就是一次IO，讀或者寫。
（2）IO次數的計算
首先要明確，我們每次IO都是讀取數據到內存中進行一些計算。當我們遍歷主鍵索引的B+樹查找數據的時候，IO次數是近似於B+樹的層數-1，因爲根節點是一直在內存中的。
基本上可以理解爲，每次io都是在樹的一層查找符合的id範圍的頁數據，通過對比頁裏面的最大最小主鍵來確定下層的查找範圍。
3、磁盤預讀以及如何保證每次都能拿到innodb的一頁也就是16kb的數據
（1）磁盤預讀
預讀其實就是利用了局部性原理，具體過程是：對於每個文件的第一個讀請求，系統讀入所請求的頁面並讀入緊隨其後的少數幾個頁面（通常是三個頁面），這時的預讀稱爲同步預讀。
我們知道對大部分操作系統來說，磁盤的一頁數據是4kb,那麼算上預讀的3頁：
4kb(磁盤一頁的大小) + 12kb(預讀三個頁面) = 16kb
（2）關於每次讀取16kb數據
這個16kb是innodb默認的頁大小，爲什麼會有這個概念呢，因爲當涉及到數據庫讀寫的時候，規定數據庫每次讀寫都是以16k爲單位的，一次最少從磁盤中讀取16KB的內容到內存中，一次最少把內存中的16KB內容刷新到磁盤中。
（3）磁盤io固定是每次讀取4kb的嗎
答案明顯不是的，io讀取是可大可小的，具體看指令的內容，並不是每次只能讀取固定的1頁。比如上面解釋一次io概念的時候，我們提到了指令，這個指令是類似於給出兩個參數，第一個參數是要開始讀取的扇區地址，第二個參數是要讀取多少扇區。
所以每次io的大小是根據指令來決定的，並不是每次只能讀取磁盤的一頁數據，也就是4kb。
（4）網友的問題
主要是明確磁盤中的一頁數據(4kb)和數據庫innodb規定的一頁數據(16kb),這兩個的概念是不一樣的。磁盤io的大小也是根據指令來規定的。對應數據庫讀寫來說，會按照數據庫的配置，每次最少讀寫一頁數據，也就是16kb。
4、設置頁大小爲64kb，是否一次io就拿不到對應的數據了，需要多次io？
其實這個問題上面已經給出了答案。設置innodb頁大小爲64kb之後，我們每次數據庫的讀寫就必須操作64kb的數據了而已，和io次數沒什麼關係的。
博主看文檔，也沒看到有說到64kb頁大小有什麼缺陷之類的，只知道會增大表空間上限：
InnoDB頁面大小 最大表空間大小：
| 數據頁大小 | 最大表空間 |
|---|---|
| 4KB | 16TB |
| 8KB | 32TB |
| 16KB | 64TB |
| 32KB | 128TB |
| 64KB | 256TB |
關於磁盤部分和io部分，博主這裏也就不多做解釋了（博主自己可能也是半斤八兩的），大家可以網上百度百度，瞭解相關的概念。不得不說，這些基礎原理部分還是需要學一學的。
5、參考鏈接
關於IO：https://segmentfault.com/a/1190000021388785
關於索引：https://juejin.im/post/5b4f710be51d45195c073912
掘金小冊，從根兒上理解mysql（各位自行百度，我就不多介紹了）
歡迎大家指正，討論！另外，今天是全國哀悼日，願我中華蒸蒸日上，災難始終會過去，未來可期！
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