java实现B+树数据结构 ,构造100条数据,读入内存,把地址加到B+树的叶子结点中 ,构造测试用例

好的，针对您的需求，我可以给您提供一些Java实现B+树的思路和代码示例。希望对您有所帮助！

1. Java实现B+树数据结构

B+树的Java实现需要定义节点类和B+树类。节点类包括节点类型（内部节点或叶子节点）、键数组、子节点指针数组、父节点指针、下一个叶子节点指针等属性。B+树类包括根节点指针、阶数、叶子节点链表头指针等属性，以及插入、查找、删除等操作方法。

以下是B+树节点类的Java代码示例：

public class BPlusNode<K extends Comparable<K>, V> {
    // 节点类型：0-内部节点，1-叶子节点
    private int type;

    // 键数组
    private K[] keys;

    // 子节点指针数组
    private BPlusNode<K, V>[] children;

    // 父节点指针
    private BPlusNode<K, V> parent;

    // 下一个叶子节点指针
    private BPlusNode<K, V> next;

    // 数据地址数组，只有叶子节点才有
    private List<V> values;

    // 构造函数
    public BPlusNode(int type, int order) {
        this.type = type;
        this.keys = (K[]) new Comparable[order + 1];
        this.children = (BPlusNode<K, V>[]) new BPlusNode[order + 2];
        this.values = new ArrayList<V>();
    }

    // 插入键值对
    public void insert(K key, V value) {
        // 找到插入位置
        int pos = 0;
        while (pos < values.size() && key.compareTo(keys[pos]) > 0) {
            pos++;
        }
        // 插入数据地址
        values.add(pos, value);
        // 插入键
        System.arraycopy(keys, pos, keys, pos + 1, values.size() - pos - 1);
        keys[pos] = key;
    }

    // 删除键值对
    public void delete(K key) {
        // 找到删除位置
        int pos = 0;
        while (pos < values.size() && key.compareTo(keys[pos]) > 0) {
            pos++;
        }
        // 删除数据地址
        values.remove(pos);
        // 删除键
        System.arraycopy(keys, pos + 1, keys, pos, values.size() - pos);
        keys[values.size()] = null;
    }
}

以下是B+树类的Java代码示例：

public class BPlusTree<K extends Comparable<K>, V> {
    // 根节点指针
    private BPlusNode<K, V> root;

    // 阶数
    private int order;

    // 叶子节点链表头指针
    private BPlusNode<K, V> head;

    // 构造函数
    public BPlusTree(int order) {
        this.root = new BPlusNode<K, V>(1, order);
        this.order = order;
        this.head = root;
    }

    // 插入键值对
    public void insert(K key, V value) {
        // 找到插入位置
        BPlusNode<K, V> node = findLeafNode(key);
        // 插入数据地址
        node.insert(key, value);
        // 判断节点是否需要分裂
        if (node.values.size() > order) {
            splitNode(node);
        }
    }

    // 查找键值对
    public V search(K key) {
        // 找到叶子节点
        BPlusNode<K, V> node = findLeafNode(key);
        // 查找数据地址
        int pos = 0;
        while (pos < node.values.size() && key.compareTo(node.keys[pos]) > 0) {
            pos++;
        }
        if (pos < node.values.size() && key.compareTo(node.keys[pos]) == 0) {
            return node.values.get(pos);
        } else {
            return null;
        }
    }

    // 删除键值对
    public void delete(K key) {
        // 找到叶子节点
        BPlusNode<K, V> node = findLeafNode(key);
        // 删除数据地址
        node.delete(key);
        // 判断节点是否需要合并
        if (node.parent != null && node.values.size() < (order + 1) / 2) {
            mergeNode(node);
        }
        // 判断根节点是否需要缩小
        if (root.children[0] == null) {
            root = node;
        }
    }

    // 找到叶子节点
    private BPlusNode<K, V> findLeafNode(K key) {
        BPlusNode<K, V> node = root;
        while (node.type == 0) {
            int pos = 0;
            while (pos < node.keys.length && key.compareTo(node.keys[pos]) >= 0) {
                pos++;
            }
            node = node.children[pos];
        }
        return node;
    }

    // 分裂节点
    private void splitNode(BPlusNode<K, V> node) {
        // 分裂后，左节点包含的数据地址数目为(order+1)/2，右节点包含的数据地址数目为order+1-(order+1)/2
        int mid = (order + 1) / 2;
        BPlusNode<K, V> left = new BPlusNode<K, V>(node.type, order);
        BPlusNode<K, V> right = new BPlusNode<K, V>(node.type, order);
        if (node.parent == null) {
            // 分裂根节点
            BPlusNode<K, V> parent = new BPlusNode<K, V>(0, order);
            parent.children[0] = left;
            parent.children[1] = right;
            parent.keys[0] = node.keys[mid - 1];
            left.parent = parent;
            right.parent = parent;
            root = parent;
        } else {
            // 分裂内部节点或叶子节点
            BPlusNode<K, V> parent = node.parent;
            int pos = 0;
            while (pos < parent.children.length && parent.children[pos] != node) {
                pos++;
            }
            parent.insert(node.keys[mid - 1], null);
            System.arraycopy(node.children, 0, left.children, 0, mid);
            System.arraycopy(node.children, mid, right.children, 0, order + 1 - mid);
            System.arraycopy(node.keys, 0, left.keys, 0, mid - 1);
            System.arraycopy(node.keys, mid, right.keys, 0, order - mid);
            left.parent = parent;
            right.parent = parent;
            parent.children[pos] = left;
            parent.children[pos + 1] = right;
            if (parent.values.size() > order) {
                splitNode(parent);
            }
        }
        if (node.type == 1) {
            // 更新叶子节点链表
            left.next = right;
            right.next = node.next;
            node.next = null;
            if (node == head) {
                head = left;
            }
        }
    }

    // 合并节点
    private void mergeNode(BPlusNode<K, V> node) {
        // 合并后，父节点中的键和子节点指针数目减1
        BPlusNode<K, V> parent = node.parent;
        int pos = 0;
        while (pos < parent.children.length && parent.children[pos] != node) {
            pos++;
        }
        if (pos == 0) {
            // 合并左节点和右节点
            BPlusNode<K, V> right = parent.children[pos + 1];
            node.keys[node.values.size()] = parent.keys[0];
            System.arraycopy(right.children, 0, node.children, node.values.size(), right.values.size());
            System.arraycopy(right.keys, 0, node.keys, node.values.size() + 1, right.values.size());
            node.values.addAll(right.values);
            node.next = right.next;
            if (right.next != null) {
                right.next.parent = node;
            }
            parent.delete(parent.keys[0]);
            parent.children[pos + 1] = null;
        } else {
            // 合并左节点和右节点
            BPlusNode<K, V> left = parent.children[pos - 1];
            left.keys[left.values.size()] = parent.keys[pos - 1];
            System.arraycopy(node.children, 0, left.children, left.values.size(), node.values.size());
            System.arraycopy(node.keys, 0, left.keys, left.values.size() + 1, node.values.size());
            left.values.addAll(node.values);
            left.next = node.next;
            if (node.next != null) {
                node.next.parent = left;
            }
            parent.delete(parent.keys[pos - 1]);
            parent.children[pos] = null;
        }
        if (parent.parent != null && parent.values.size() < (order + 1) / 2) {
            mergeNode(parent);
        }
    }
}

2. 构造100条数据，并加入B+树

构造100条数据很简单，您可以随机生成100个整数作为键，然后将它们与一些数据地址关联起来。接下来，您需要将这些数据插入到B+树中。插入操作需要从根节点开始遍历，找到合适的叶子节点，然后将键和数据地址插入到叶子节点中。如果插入后导致节点超过了容量限制，就需要进行分裂操作。具体实现可以参考B+树的算法。

以下是Java代码示例：

// 构造100条数据
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    int key = random.nextInt(1000);
    String value = "data-" + i;
    map.put(key, value);
}

// 加入B+树
BPlusTree<Integer, String> tree = new BPlusTree<>(4);
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    int key = entry.getKey();
    String value = entry.getValue();
    tree.insert(key, value);
}

3. 构造测试用例

构造测试用例的目的是验证B+树的正确性和性能。您可以设计一些测试用例，例如：

- 测试B+树的插入和查找操作，验证数据是否能够正确地插入和查找。
- 测试B+树的删除操作，验证数据是否能够正确地删除，并且删除后B+树是否能够保持平衡。
- 测试B+树的性能，包括插入、查找、删除操作的时间和空间复杂度，以及B+树的存储效率和查询效率。

以下是Java代码示例：

// 测试插入和查找操作
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    int key = entry.getKey();
    String value = entry.getValue();
    String result = tree.search(key);
    assert result.equals(value);
}

// 测试删除操作
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    int key = entry.getKey();
    tree.delete(key);
    String result = tree.search(key);
    assert result == null;
}

// 测试性能
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    int key = entry.getKey();
    String value = entry.getValue();
    tree.insert(key, value);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("插入100条数据用时：" + (endTime - startTime) + "ms");

startTime = System.currentTimeMillis();
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    int key = entry.getKey();
    String result = tree.search(key);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("查找100条数据用时：" + (endTime - startTime) + "ms");

startTime = System.currentTimeMillis();
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    int key = entry.getKey();
    tree.delete(key);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("删除100条数据用时：" + (endTime - startTime) + "ms");

以上是B+树的Java实现思路和代码示例，希望对您有所帮助！