KV式数据落盘技巧

KV式数据结构

KV式数据应该是我们非常常见的一种数据结构。它的具体实现有散列表,各种二叉树,多叉数等。在散列表中,我们直接拿Key计算寻找到数据节点。在B树家族,红黑树,跳表中,我们通过遍历比对Key的大小拿到数据节点。总而言之,这些数据结构都遵循按照key的大小顺序组织排列数据节点,根据key的大小顺序找到所需的数据节点。

class dataNode{
    int Key;
    Object value;
}
常见数据结构.png

KV式数据如何落盘

顺序落盘

按照key的大小顺序落盘,这是一种简单便捷的一种落盘方式。这种情况下我们可以把数据快速的加载到内存,按照key的大小可以快速在内存顺序的构建一种数据结构。但是缺点也很明显,当我们插入的数据节点的key大小位于中位,那么之后的数据节点在磁盘中需要往后移动搬迁,需要大量的磁盘IO.

插入过程.png

一种独特的落盘方式

1.先把磁盘文件分页(假设每个页为4KB)。
2.在每个页内,数据节点直接尾插到最后。
3.再找一个文件记录这个数据文件的元数据,记录每个页的页号,每个页里的key的最大值和最小值(每个页的这个区间相互不交叉),以及每个页最后一个数据节点写到的位置。

磁盘分页
class dataMeta{
    List<pageMeta> pageMetas;
}
class pageMeta{
    //页号
    int index;
    int minKey;
    int maxKey;
    //该页的最后一个位置,后面的位置padding补\0
    int Trailer;
}

4.插入过程:当我们插入一个数据节点时,我们先读取元数据,找到符合自己key的最大值和最小值区间的页号和这个页号对应的trailer(最后一个位置),直接尾插写入,然后更新元数据文件。如下面几幅图片所示:

2022-10-04 17-30-22 的屏幕截图.png

2022-10-04 17-30-37 的屏幕截图.png

2022-10-04 17-31-04 的屏幕截图.png

2022-10-04 17-31-27 的屏幕截图.png

2022-10-04 17-32-07 的屏幕截图.png

2022-10-04 17-32-32 的屏幕截图.png

2022-10-04 17-32-53 的屏幕截图.png

5.查询过程,根据元数据的Key区间找到满足的区间的页号,遍历该页号的数据节点,比对key找到数据节点,时间复杂度O(n),当n为一个确定值时,O(n)=O(1),这里的n等于页大小4KB=4096.

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