从平衡树到oracle b-tree索引的原理探索

    先话唠一下，oracle索引，有两类运用较广：

    1）b-tree:OLTP（面向交易）
    2）bitmap:OLAP（面向分析）

    步入正题，先搭建测试环境：

SQL> create table tt as select * from dba_objects;

表已创建。

SQL> select count(*) from tt;

  COUNT(*)
----------
     50441

SQL> insert into tt select * from tt;

已创建50441行。

SQL> /

已创建100882行。

SQL> /

已创建201764行。

SQL> /

已创建403528行。

SQL> /

已创建807056行。

SQL> create index tt_index on tt(object_id) tablespace users;

索引已创建。

    把索引tt_index的结构给dump出来：

SQL> select object_id from dba_objects where object_name='TT_INDEX';

 OBJECT_ID
----------
     53042

SQL> alter session set events 'immediate trace name treedump level 53042';

会话已更改。

SQL> show parameter user_dump_dest

NAME                                 TYPE
------------------------------------ ----------------------
VALUE
------------------------------
user_dump_dest                       string
G:\ORACLE\PRODUCT\10.2.0\ADMIN
\ORCL\UDUMP
SQL> select distinct sid from v$mystat;

       SID
----------
       147

SQL> select paddr from v$session where sid=147;

PADDR
--------
CA280DDC

SQL> select spid from v$process where addr='CA280DDC';

SPID
------------------------
5360

    到udump，把进程号为5360的文件打开，部分内容如下：

*** 2012-08-07 01:21:34.944
*** ACTION NAME:() 2012-08-07 01:21:34.902
*** MODULE NAME:(SQL*Plus) 2012-08-07 01:21:34.902
*** SERVICE NAME:(SYS$USERS) 2012-08-07 01:21:34.902
*** SESSION ID:(147.92) 2012-08-07 01:21:34.902
----- begin tree dump
branch: 0x10001bc 16777660 (0: nrow: 7, level: 2)
   branch: 0x100595f 16800095 (-1: nrow: 578, level: 1)
      leaf: 0x10001bd 16777661 (-1: nrow: 513 rrow: 513)
      leaf: 0x10001be 16777662 (0: nrow: 513 rrow: 513)
      leaf: 0x10001bf 16777663 (1: nrow: 513 rrow: 513)
      leaf: 0x10001c0 16777664 (2: nrow: 513 rrow: 513)
      leaf: 0x10001c1 16777665 (3: nrow: 513 rrow: 513)
      leaf: 0x10001c2 16777666 (4: nrow: 513 rrow: 513)
      leaf: 0x10001c3 16777667 (5: nrow: 484 rrow: 484)
      leaf: 0x10001c4 16777668 (6: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001c5 16777669 (7: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001c6 16777670 (8: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001c7 16777671 (9: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001c8 16777672 (10: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001ca 16777674 (11: nrow: 481 rrow: 481)
      leaf: 0x10001cb 16777675 (12: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001cc 16777676 (13: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001cd 16777677 (14: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001ce 16777678 (15: nrow: 478 rrow: 478)
      leaf: 0x10001cf 16777679 (16: nrow: 478 rrow: 478)

    由此可证明：b-tree中的b是balance，是棵平衡树。否则，一个branch下面只有两个leaf，才是二叉树。

    上面：0x10001bd （16进制）和16777661（10进制）这两个，其实，是一样的。

SQL> select to_number('10001bd','xxxxxxx') from dual;

TO_NUMBER('10001BD','XXXXXXX')
------------------------------
                      16777661

    而且，16777661包含两部分：文件号、数据块号。意指：这个地址是哪个数据文件上的第几个块

SQL> select dbms_utility.data_block_address_file( 16777661) from dual

DBMS_UTILITY.DATA_BLOCK_ADDRESS_FILE(16777661)
----------------------------------------------
                                             4

SQL> select dbms_utility.data_block_address_block( 16777661) from dua

DBMS_UTILITY.DATA_BLOCK_ADDRESS_BLOCK(16777661)
-----------------------------------------------
                                            445

    由上，可得：4号文件的第445个块

    将tt_index的内容给dump出来一下：

SQL> alter system dump datafile 4 block 445;

系统已更改。

    部分内容摘入如下：

row#0[8024] flag: ------, lock: 0, len=12
col 0; len 2; (2):  c1 03
col 1; len 6; (6):  01 00 01 ac 00 2d
row#1[8012] flag: ------, lock: 0, len=12
col 0; len 2; (2):  c1 03
col 1; len 6; (6):  01 00 05 36 00 40
row#2[8000] flag: ------, lock: 0, len=12
col 0; len 2; (2):  c1 03
col 1; len 6; (6):  01 00 08 01 00 1b
row#3[7988] flag: ------, lock: 0, len=12
col 0; len 2; (2):  c1 03
col 1; len 6; (6):  01 00 0a a2 00 2d
row#4[7976] flag: ------, lock: 0, len=12
col 0; len 2; (2):  c1 03
col 1; len 6; (6):  01 00 0d 69 00 48

    tt表最小的object_id为2，对应的便是row#0[8024]，那么2在oracle中的16进制是如何存储的呢？

SQL> select dump(2,16) from dual;

DUMP(2,16)
----------------------------------
Typ=2 Len=2: c1,3

    由此，可知：2的存储是c1 03.也就是，第0行的第一列存储的值是2.

    意味着，在索引的叶子节点里，我们在哪一列上创建索引，其实，oracle就是把该列的值保存到索引的叶子节点里。

    索引里第一行第2列16进制数：01 00 01 ac 00 2d和rowid有啥关系呢？

SQL> select object_id,rowid from tt
  2   where object_id=2
  3   order by object_id,rowid;

 OBJECT_ID ROWID
---------- ------------------
         2 AAAM8xAAEAAAAGsAAt
         2 AAAM8xAAEAAAAU2ABA
         2 AAAM8xAAEAAAAgBAAb
         ...

    其实，索引里第一行第2列16进制数：01 00 01 ac 00 2d表示的是rowid里面后三部分，也就是：fno、bno、rno。

    rowid：AAAM8x  AAE  AAAAGs  AAt。通过进制的转换，AAE  AAAAGs  AAt和01 00 01 ac 00 2d是一样的。

    为什么只有后三个部分呢？说白点，书的目录会把书名给包括进去吗？书名就是对象编号、目录就是索引。

    到此，我们把索引的内部结构给构造出来：

    object_id  rowid(后三部分）

    ...             ...

    草图如下：