Hash存储引擎设计与实现
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更新于2024-08-05
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"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。
2019-09-02 上传
2021-06-07 上传
2024-10-23 上传
2024-10-23 上传
马李灵珊
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