key-value数据库的一种实现

关于KV存储

 

什么是NOSQL

NoSQL，指的是非关系型的数据库。随着互联网web2.0网站的兴起，传统的关系数据库在应付web2.0网站，特别是超大规模和高并发的SNS类型的web2.0纯动态网站已经显得力不从心，暴露了很多难以克服的问题，而非关系型的数据库则由于其本身的特点得到了非常迅速的发展。

 

Key_value数据库的物理组成

存储系统主要由索引文件(.idx)和存储文件(.mmap)组成，索引文件主要存储的是具体数据的索引元信息，帮助快速定位数据在mmap存储文件中的位置。

 

数据块的划分

数据文件和索引文件都以文件映射的方式映射到内存中。文件被划分为几个大块，每个大块的长度都是Integer.maxValue,每个大块又被多个block组成。

 

 这样划分数据块的好处很明显，要在物理文件中定位数据很容易，只要知道block的index，则可以很快的利用除数找到数据所在的大块，然后用余数找到数据在大块中的偏移位置。

 

索引文件的存储

 

 

其中，base_info中主要存储的是以下数据：

isInit：是否已经初始化

bucketCount：桶的数量

collisionCount：备用的索引块的数量

freeBlockIdx：空间块索引

recordCount：记录的数量

storeType：存储类型

minCellSize：最小单元格尺寸

 

其中extinfo主要存储表的定义信息

collisionPool是当bucketpool不够用的时候做备用

 

 

 

数据文件的格式如下

每个物理存储单元都存在一个指针，指向下一个单元，可养可以避免分配空间的时候必须分配成块的空间，也在空间回收的时候，避免了内存碎片无法使用的情况，其中元信息中含有空间的数据block空间的头和尾，用于在存储数据的时候，按照数据的size分派空间，并将此空间从队列出去除。

 

 

 

 

 

 

 

下面以数据的增删改查作为场景，分析一下:

l  新增数据：

1）  查找索引

this.index.get(hashCode);    

根据Key的hashcode对bucketCount取余，然后定位到大块，然后对大块的buckCount取模，得到索引Block在大块中的偏移量。

int bigBlockNum = idx / this.bigBlockMaxCount;//计算块落在哪个大块中                if(bigBlockNum >= this.buffers.length)                {//超出范围                      return null;                }                int innerIdx = idx % this.bigBlockMaxCount;//计算块在大块内的下标                ByteBuffer tmpBuffer = this.buffers[bigBlockNum].duplicate();    //System.out.println("old limit:"+ tmpBuffer.limit() +" cap:"+ tmpBuffer.capacity());                tmpBuffer.position(blockSize * innerIdx);                tmpBuffer.limit(blockSize * (innerIdx + 1));                return tmpBuffer.slice();  

 

2）判断索引块的几个同义词(hashCode%buckCount相等)是否存在该key的位置。

 

for(int i = 0; i < BLOCK_CELL; i++)              {                  if(hasData(i))                  {                      if(getId(i) == id)                      {                          int[] info = new int[INDEX_INFO_COUNT - 1];                          for (int j = 0; j < info.length; j++)                          {                              info[j] = this.buff.get(i * INDEX_INFO_COUNT + j + 2);                          }                          return info;                      }                      continue;                  }                  else                  {                      return null;                  }              }              int next = getNext();              if(next > 0)              {                  return getCollisionBlock(next).read(id);              }              else              {                  return null;              }  

3）存储数据。

    3.1）新增数据，从空闲链表空间中分配空间。

 

public BlockChain allocateFreeChain(int needBlockCount) throws Exception      {          if(needBlockCount <= 0)          {              throw new RuntimeException("[allocateFreeChain]Allocate block count can not <= 0,"+ needBlockCount);          }          freeChainLock.lock();          int count = 0;          try          {              Block b = null;              int n = 1;              //取得空闲链头              int head = getHead();              int blockIdx = head;              for(;;)              {                  b = getBlock(blockIdx);                  boolean hasNext = (getTail() != blockIdx);                  if(!hasNext)                  {//已没有足够的空闲链,扩展空闲链                      int freeBeginIdx = pool.getBlockCount();                      pool.extend(extendCount);                      int freeEndIdx = pool.getBlockCount();                      initFreeChain(freeBeginIdx, freeEndIdx);                      //加到空闲链中                      b.next(freeBeginIdx);                      setTail(freeEndIdx - 1);                      setBlockCount(freeEndIdx);                  }                  blockIdx = b.next();                  count++;                  if(n == needBlockCount)                  {//已找到足够大的空闲链                      setHead(blockIdx);                      //截断刚分配的空闲链                      b.setTail();                      return new BlockChain(this, head);                  }                                    n++;              }          }          finally          {              freeChainLock.unlock();          }      } 

 

从空闲空间block的头开始遍历，知道找到能够容纳的他的空间。用block链表的形式返回，并且更新余下的空闲的block指针。

 

 

3.3)修改数据，数据长度变短。

    如果数据长度简短，则覆盖数据后，必须将剩下多出来的block重新添加到空闲block队列后，改变指针即可做到。

3.3)修改数据，数据长度变长。

       计算需要增加的block空间，从空闲block队列的得到，并且append在已有数据的block队列中即可。

 

4)更新索引 

 

将索引的ID，数据block的头指针，数据的block个数等写入索引文件中相应的位置，并且更新索引快的Info标志。