leveldb 学习记录(一) skiplist

leveldb 

LevelDb是一个持久化存储的KV系统，并非完全将数据放置于内存中,部分数据也会存储到磁盘上。

想了解这个由谷歌大神编写的经典项目.

可以从数据结构以及数据结构的处理下手,也可以从示例的某一点深入跟进系统,查看处理流程.

windows下编译leveldb  地址 leveldb 源码编译 vs版本

目前手头资料中,源码中的文档以及网络的代码分析心得如下,本文也做了参考,感谢作者.

流程类

数据分析与处理之二（Leveldb 实现原理）

[跟吉姆一起读LevelDB]0.源代码阅读环境

LevelDB入门教程十篇

 

结构入手类

巴山独钓的分析

sparkliang的专栏

 

1 arena内存池略过。 nginx内存池 stl内存池均可参考实现原理(《stl源码分析》)

2 bloomfilter相当于多重哈希，比对哈希值判断是否有相同元素插入 略过。

 

3 数据结构skiplist 多数操作log(n)

参考 https://segmentfault.com/a/1190000003051117

跳表的关键点在于定义和查找方法

定义如下:

SkipList的定义：
1. 一个跳表应该有几个层（level）组成；
2. 跳表的第一层包含所有的元素；
3. 每一层都是一个有序的链表；
4. 如果元素x出现在第i层，则所有比i小的层都包含x；
5. 第i层的元素通过一个down指针指向下一层拥有相同值的元素；
6. 在每一层中，-1和1两个元素都出现(分别表示INT_MIN和INT_MAX)；
7. Top指针指向最高层的第一个元素。

图示:

find

查找方法为

1 起点为最高层第一个元素 若元素小于查找值 则查找该元素的后继值 

2 若元素大于查找值 则降低层级再次查找

3 若该元素的后继值 为NULL或者大于该值 ，则降低层数再次查找

4 直到查找成功或者达到表的最底层且无元素可查找

图示中查找 17

起点为最高层第一个元素 6  6<17 6的下一个元素为null 则在元素6中降低层级

再次查找6的下一个元素 是25 降低层级

再次查找6的下一个元素 是9 

再次查找9的下一个元素 是25 降低层级

再次查找9的下一个元素 是12

再次查找12的下一个元素 是19  此处为最低层级 则未查找到(进行插入)

 

insert

查找也可用于insert 注意insert 元素时候层级是随机的

 

leveldb 中skiplist 结构如下(内存池与原子指针等结构暂时不予理会)

 1 template<typename Key, class Comparator>
 2 struct SkipList<Key,Comparator>::Node {
 3   explicit Node(const Key& k) : key(k) { }
 4 
 5   Key const key;
 6 
 7   // Accessors/mutators for links.  Wrapped in methods so we can
 8   // add the appropriate barriers as necessary.
 9   Node* Next(int n) {
10     assert(n >= 0);
11     // Use an 'acquire load' so that we observe a fully initialized
12     // version of the returned Node.
13     return reinterpret_cast<Node*>(next_[n].Acquire_Load());
14   }
15   void SetNext(int n, Node* x) {
16     assert(n >= 0);
17     // Use a 'release store' so that anybody who reads through this
18     // pointer observes a fully initialized version of the inserted node.
19     next_[n].Release_Store(x);
20   }
21 
22   // No-barrier variants that can be safely used in a few locations.
23   Node* NoBarrier_Next(int n) {
24     assert(n >= 0);
25     return reinterpret_cast<Node*>(next_[n].NoBarrier_Load());
26   }
27   void NoBarrier_SetNext(int n, Node* x) {
28     assert(n >= 0);
29     next_[n].NoBarrier_Store(x);
30   }
31 
32  private:
33   // Array of length equal to the node height.  next_[0] is lowest level link.
34   port::AtomicPointer next_[1];
35 };
36 
37 template<typename Key, class Comparator>
38 typename SkipList<Key,Comparator>::Node*
39 SkipList<Key,Comparator>::NewNode(const Key& key, int height) {
40   char* mem = arena_->AllocateAligned(
41       sizeof(Node) + sizeof(port::AtomicPointer) * (height - 1));
42   return new (mem) Node(key);
43 }
View Code

抛开内存池和多线程情况下的原子操作 定义很简单
分配 获取下一个元素 设置下一个元素
template<typename Key, class Comparator>中的 key是元素类型 Comparator是元素比较大小的策略

 

元素插入操作如下

 1 template<typename Key, class Comparator>
 2 void SkipList<Key,Comparator>::Insert(const Key& key) {
 3   // TODO(opt): We can use a barrier-free variant of FindGreaterOrEqual()
 4   // here since Insert() is externally synchronized.
 5   Node* prev[kMaxHeight];
 6   Node* x = FindGreaterOrEqual(key, prev);
 7 
 8   assert(x == NULL || !Equal(key, x->key));
 9 
10   int height = RandomHeight();
11   if (height > GetMaxHeight()) {
12     for (int i = GetMaxHeight(); i < height; i++) {
13       prev[i] = head_;
14     }
15     //fprintf(stderr, "Change height from %d to %d\n", max_height_, height);
16 
17     // It is ok to mutate max_height_ without any synchronization
18     // with concurrent readers.  A concurrent reader that observes
19     // the new value of max_height_ will see either the old value of
20     // new level pointers from head_ (NULL), or a new value set in
21     // the loop below.  In the former case the reader will
22     // immediately drop to the next level since NULL sorts after all
23     // keys.  In the latter case the reader will use the new node.
24     max_height_.NoBarrier_Store(reinterpret_cast<void*>(height));
25   }
26 
27   x = NewNode(key, height);
28   for (int i = 0; i < height; i++) {
29     // NoBarrier_SetNext() suffices since we will add a barrier when
30     // we publish a pointer to "x" in prev[i].
31     x->NoBarrier_SetNext(i, prev[i]->NoBarrier_Next(i));
32     prev[i]->SetNext(i, x);
33   }
34 }
View Code

插入元素的层级是随机的 并且获取当前最大层级数并未使用原子操作 因为根据逻辑并无影响 不使用原子操作也是性能上的一种考虑

 

元素读取操作如下

 1 template<typename Key, class Comparator>
 2 typename SkipList<Key,Comparator>::Node* SkipList<Key,Comparator>::FindGreaterOrEqual(const Key& key, Node** prev)
 3     const {
 4   Node* x = head_;
 5   int level = GetMaxHeight() - 1;
 6   while (true) {
 7     Node* next = x->Next(level);
 8     if (KeyIsAfterNode(key, next)) {
 9       // Keep searching in this list
10       x = next;
11     } else {
12       if (prev != NULL) prev[level] = x;
13       if (level == 0) {
14         return next;
15       } else {
16         // Switch to next list
17         level--;
18       }
19     }
20   }
21 }
View Code

find

查找方法为

1 起点为最高层第一个元素 若元素小于查找值 则查找该元素的后继值 

2 若元素大于查找值 则降低层级再次查找

3 若该元素的后继值 为NULL或者大于该值 ，则降低层数再次查找

4 直到查找成功或者达到表的最底层且无元素可查找

图示中查找 17

起点为最高层第一个元素 6  6<17 6的下一个元素为null 则在元素6中降低层级

再次查找6的下一个元素 是25 降低层级

再次查找6的下一个元素 是9 

再次查找9的下一个元素 是25 降低层级

再次查找9的下一个元素 是12

再次查找12的下一个元素 是19  此处为最低层级 则未查找到(进行插入)

 

posted on 2017-10-23 15:42  itdef  阅读(586)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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