Hash存储引擎设计与实现

"Hash存储引擎1" Hash存储引擎是一种专门用于数据存储和检索的系统，它的设计目标主要包括数据的持久化、快速精确查找、高效的内存利用以及支持内存缓存。为了达到这些目标，它采用了O(1)的内存效率，确保每次磁盘访问仅需一次，同时支持异步插入以提高性能。在断电后，它能通过重做日志实现恢复，以保证数据完整性。 在概要设计上，Hash存储引擎借鉴了Bitcask的设计思想并进行了简化。它在内存中使用HashMap作为索引，磁盘上则维护一个顺序的数据文件。当有数据更新或删除时，它并不直接修改原有数据，而是创建新的数据条目并将版本号加一。随着时间推移，当数据文件中垃圾数据过多时，会生成新的文件并转移写操作，旧文件在一段时间后会被删除。 内存管理方面，Hash存储引擎采取固定式内存管理策略，内存分为几个主要部分：HashMap所占用的内存、缓存内存大小。缓存方案参考了LRU（Least Recently Used）缓存机制，用户可以指定缓存占用的内存大小。HashMap是自定义的内存索引结构，其中Key为主键，Value包含数据在磁盘的位置、版本号等信息。 文件结构方面，数据文件是一个顺序文件，文件开头有魔数和版本号标识。每个数据条目由版本号、主键长度、值长度、键和值组成。如果值长度为0，表示该数据已被删除。所有非键值数据都按照网络字节序（大端）存储。 基本操作包括插入、更新、删除和查询。插入或更新时，首先查找读缓存，如果找到，则更新记录并将其移出读缓存，放入写缓存。然后在HashMap中查找位置，创建新的删除记录并标记为在内存中，同时记录重做日志。删除操作则是记录到重做日志，然后在读缓存中查找并处理。 在系统停止与重启过程中，Hash存储引擎支持正常停止、正常启动和断电重启。正常停止时，会保存当前状态；正常启动时，会从磁盘加载数据并重建缓存；断电重启时，会依赖重做日志恢复未完成的操作，确保数据一致性。 垃圾回收是Hash存储引擎的一个重要功能，当旧文件中的数据不再被引用时，会触发新的文件创建，从而保持数据文件的整洁，提高检索效率。这一过程保证了即使在数据频繁变更的情况下，Hash存储引擎仍能高效稳定地运行。