本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于Ｔ－ｌｔ樹的主存數(shù)據(jù)庫(kù)的索引方法，主要是針對(duì)Ｔ樹的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，將Ｔ樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都增加一個(gè)直接指向此結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)的尾指針構(gòu)成Ｔ－ｌｔ樹，所述索引方法包括數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作、關(guān)鍵字插入操作、關(guān)鍵字刪除操作三個(gè)步驟，Ｔ－ｌｔ樹的結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比Ｔ結(jié)點(diǎn)多了一個(gè)尾指針，如果該結(jié)點(diǎn)有ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)，則尾指針指向ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)；如果沒有ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)，則尾指針指向直接后繼結(jié)點(diǎn)。Ｔ－ｌｔ樹的ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)與Ｔ結(jié)點(diǎn)相比也多了一個(gè)指向直接后繼結(jié)點(diǎn)的指針。本方法減少對(duì)樹的遍歷次數(shù)，減少樹的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，能在主存數(shù)據(jù)庫(kù)中提高查詢效率，節(jié)省時(shí)空開銷。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種數(shù)據(jù)庫(kù)索引方法，主要應(yīng)用在基于主存的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，屬于 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著大容量?jī)?nèi)存越來越便宜，現(xiàn)在配置一臺(tái)大內(nèi)存的計(jì)算機(jī)也越來越容易。對(duì)數(shù)據(jù) 庫(kù)系統(tǒng)而言，已經(jīng)有條件將數(shù)據(jù)庫(kù)的"主版本"常駐內(nèi)存，這樣可使系統(tǒng)性能獲得很大 的改善，如1/0操作大量減少、事務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換及其相聯(lián)CPU高速緩存的替換大量減少、鎖的競(jìng)爭(zhēng)下降，更有效的內(nèi)存査找結(jié)構(gòu)和査詢處理可以被使用等。數(shù)據(jù)庫(kù)的"主版本"或者整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都常駐內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)被稱為主存數(shù)據(jù)庫(kù)(MMDB, Main Memory Database)。由于內(nèi)存系統(tǒng)與磁盤系統(tǒng)具有不同的特性，因而 MMDB與磁盤數(shù)據(jù)庫(kù)(DRDB， Disk-Resident Database)在性能、存儲(chǔ)格式、尤其是査詢 處理等方面都有著比較大的差別。DRDB系統(tǒng)的"瓶頸"是磁盤I /0，故查詢處理的 優(yōu)化策略主要是針對(duì)減少磁盤的存取次數(shù)的，并且盡量存儲(chǔ)臨時(shí)結(jié)果，以"空間"換"時(shí) 間"。而在MMDB中，由于內(nèi)存空間及其寶貴，其査詢處理算法則要極力減少比較次 數(shù)，并且盡量不存儲(chǔ)臨時(shí)結(jié)果，以"時(shí)間"換"空間"。在這樣的前提下，原有的DRDB 的索引結(jié)構(gòu)對(duì)MMDB來說就不再適用了，研究新的適合MMDB的索引結(jié)構(gòu)也就自然 而然的成了研究者關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的主存數(shù)據(jù)庫(kù)主要采取以下幾種索引機(jī)制(1) 哈希索引機(jī)制是一種通過哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)鍵值和記錄地址快速映射，以提供高 速隨機(jī)訪問的機(jī)制。使用哈希機(jī)制能實(shí)現(xiàn)快速査詢，但它對(duì)空間的利用率不高，并且范圍 査詢的效率也不高。(2) 平衡二叉樹(AVL樹)索引機(jī)制AVL樹本質(zhì)上是一棵二叉樹，采用二分査找法， 査詢速度很快。但AVL樹上的更新操作經(jīng)常導(dǎo)致樹的不平衡，用于平衡旋轉(zhuǎn)操作的時(shí) 間開銷過大。而且樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)只能保存1個(gè)關(guān)鍵字用于比較，同時(shí)還要保存父結(jié)點(diǎn)指 針、左右孩子結(jié)點(diǎn)指針、平衡因子等其他信息，故Cache利用率較低。4(3) B樹索引機(jī)制B樹是一種適用于磁盤數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的索引機(jī)制。B樹的每 個(gè)結(jié)點(diǎn)有多棵子樹，且深度不大，査詢速度較快，只需較少次數(shù)的磁盤I/0就可以找到 目標(biāo)數(shù)據(jù)。B樹中的葉結(jié)點(diǎn)較多，由于葉結(jié)點(diǎn)沒有子樹指針，故指針相對(duì)數(shù)據(jù)的空間占 用量很小，從而有利于提高內(nèi)存空間的利用率。8樹的一個(gè)變種8+樹，則是一種平衡 的多路查找樹，已經(jīng)在傳統(tǒng)的磁盤數(shù)據(jù)庫(kù)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于B +樹的非葉結(jié) 點(diǎn)僅具有索引作用，與記錄有關(guān)的信息均存放在葉結(jié)點(diǎn)中，因此會(huì)對(duì)存儲(chǔ)空間造成一定 的浪費(fèi)。(4) T樹索引機(jī)制是一種適用于主存數(shù)據(jù)庫(kù)的有序數(shù)據(jù)索引機(jī)制，在大部分主存 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中都有應(yīng)用。它是由AVL樹和B樹演變而來，是一種在一個(gè)結(jié)點(diǎn)中存放多 個(gè)元素的平衡二叉樹。它保留有AVL樹的二分搜索特性，同時(shí)具有B樹的優(yōu)良的存儲(chǔ) 性能。T樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以保存多個(gè)關(guān)鍵字，因而提高了空間的利用率。但是，對(duì)T 樹結(jié)點(diǎn)的更新會(huì)導(dǎo)致樹的不平衡，因此用于平衡旋轉(zhuǎn)的開銷還是比較大的。現(xiàn)有的相關(guān)專利申請(qǐng)情況如下-① 海量數(shù)據(jù)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中快速定位的網(wǎng)格+T樹索引的方法(申請(qǐng)日期-2006.02.20，公開號(hào)CN1838124)。② 數(shù)據(jù)庫(kù)索引的方法(申請(qǐng)日期2008.05.30，公開號(hào)CN101286160)。 相關(guān)的論文情況如下① R.Bayer and E.M.McCreight， Organization and maintenance of large ordered indexes, Acta Informatica， 1972.② Douglas Comer， The Ubiquitous B-Tree, Computing Surveys (CSUR), 1979.③ TJ Lehman, MJ Carey. A Study of Index Structures for Main Memory Database Management Systems. Conference on Very Large Data Bases, 1986:294~302.其中專利②和論文①、②都是關(guān)于B樹和B+樹的索引機(jī)制，適用于基于磁盤的數(shù) 據(jù)庫(kù)索引機(jī)制，并不適用于主存數(shù)據(jù)庫(kù)，在時(shí)空開銷上類似于平衡二叉樹；專利①和論 文③都是關(guān)于T樹的索引機(jī)制，雖然T樹是基于主存的數(shù)據(jù)庫(kù)的一種比較優(yōu)秀的索引 機(jī)制，但是，對(duì)T樹結(jié)點(diǎn)的更新會(huì)導(dǎo)致樹的不平衡，因此用于平衡旋轉(zhuǎn)的開銷還是比 較大的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種用于主存數(shù)據(jù)庫(kù)索引方法，該方法能在主存數(shù)據(jù)庫(kù)中提高査詢效率，節(jié)省時(shí)空開銷。本專利技術(shù)針對(duì)T樹的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種新的基于主存的索引結(jié)構(gòu)，稱之為 T-lt樹，T-lt樹的結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)(T-lt結(jié)點(diǎn))比T結(jié)點(diǎn)多了一個(gè)尾指針，如果該結(jié)點(diǎn)有tail 結(jié)點(diǎn)，則尾指針指向tail結(jié)點(diǎn)；如果沒有tail結(jié)點(diǎn)，則指向直接后繼結(jié)點(diǎn)。T-lt樹 的tail結(jié)點(diǎn)與T結(jié)點(diǎn)相比也多了一個(gè)指向直接后繼結(jié)點(diǎn)的指針。本專利技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述目的采用下面的技術(shù)方案本專利技術(shù)的基于T-lt樹的主存數(shù)據(jù)庫(kù)的索引方法，將T樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都增加一個(gè)直 接指向此結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)的尾指針構(gòu)成T-lt樹，所述索引方法包括數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作、 關(guān)鍵字插入操作、關(guān)鍵字刪除操作三個(gè)步驟，其中(一) 數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作步驟A、 開始操作，設(shè)T-lt樹根結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)；B、 判斷當(dāng)前結(jié)點(diǎn)是否為空，當(dāng)結(jié)果為是，則結(jié)束操作，返回未搜索到；當(dāng)結(jié)果為否， 進(jìn)入下一步驟；C、 判斷搜索值是否小于當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的最小值，當(dāng)結(jié)果為是，則設(shè)左子結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)， 返回步驟B，繼續(xù)進(jìn)行搜索操作；當(dāng)結(jié)果為否，進(jìn)入下一步驟；D、 判斷搜索值是否大于當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的最大值，當(dāng)結(jié)果為是，則設(shè)右子結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)， 返回步驟B，繼續(xù)進(jìn)行搜索操作；當(dāng)結(jié)果為否，則進(jìn)入下一步驟；E、 在當(dāng)前結(jié)點(diǎn)和其tail結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行二分査找，結(jié)束操作，并返回搜索結(jié)果；(二) 關(guān)鍵字插入操作步驟F、 開始操作，設(shè)T-lt樹根結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)；重復(fù)上述(一)數(shù)據(jù)庫(kù)査詢操作步驟 A E，在E步驟中將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)作為范圍結(jié)點(diǎn)；G、 判斷是否找到范圍結(jié)點(diǎn)，當(dāng)沒有找到范圍結(jié)點(diǎn)，則將搜索路徑中的最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為范圍結(jié)點(diǎn)，進(jìn)入下一步驟；H、 當(dāng)尋找到范圍結(jié)點(diǎn)，繼續(xù)判斷該范圍結(jié)點(diǎn)是否已滿；① 、當(dāng)該范圍結(jié)點(diǎn)未滿，判斷該范圍結(jié)點(diǎn)是否含有tail結(jié)點(diǎn)或者原始結(jié)點(diǎn)未滿；a、 當(dāng)結(jié)果為是，將待插入元素按一定的順序插入范圍結(jié)點(diǎn)，結(jié)束操作；b、 當(dāng)結(jié)果為否，則在該范圍結(jié)點(diǎn)中添加tail結(jié)點(diǎn)，使tail結(jié)點(diǎn)的尾指針指向原范 圍結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)，原范圍結(jié)點(diǎn)的尾指針則指向該tail結(jié)點(diǎn)，然后將待插入值插入到 新的范圍結(jié)點(diǎn)中，結(jié)束操作；② 、當(dāng)該范圍結(jié)點(diǎn)已滿，進(jìn)行以下操作c、 通過該范圍結(jié)點(diǎn)的tail結(jié)點(diǎn)的后繼指針找到其直接后繼結(jié)點(diǎn)，然后將tail結(jié)點(diǎn)移出，作為其后繼結(jié)點(diǎn)的左子結(jié)點(diǎn)，最后將待插入元素插入原范圍結(jié)點(diǎn)或者新的子結(jié)點(diǎn);d、 判斷T-lt樹是否失去平衡，當(dāng)樹失去平衡，則進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作使樹平衡，然后結(jié) 束操作；當(dāng)T-lt樹未失去平衡，則結(jié)束操作；(三)關(guān)鍵字刪除操作步驟-I、開始操作，設(shè)T-lt樹根結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)；重復(fù)上述(一)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作步驟A E,在E步驟中將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)作為范圍結(jié)點(diǎn)；J、判斷是否找到范圍結(jié)點(diǎn)，當(dāng)沒有找到范圍本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于Ｔ－ｌｔ樹的主存數(shù)據(jù)庫(kù)的索引方法，其特征在于：將Ｔ樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都增加一個(gè)直接指向此結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)的尾指針構(gòu)成Ｔ－ｌｔ樹，所述索引方法包括數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作、關(guān)鍵字插入操作、關(guān)鍵字刪除操作三個(gè)步驟，其中： （一）數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作步驟： Ａ、開始操作，設(shè)Ｔ－ｌｔ樹根結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)； Ｂ、判斷當(dāng)前結(jié)點(diǎn)是否為空，當(dāng)結(jié)果為是，則結(jié)束操作，返回未搜索到；當(dāng)結(jié)果為否，進(jìn)入下一步驟； Ｃ、判斷搜索值是否小于當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的最小值，當(dāng)結(jié)果為是，則設(shè)左子結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)，返回步 驟Ｂ，繼續(xù)進(jìn)行搜索操作；當(dāng)結(jié)果為否，進(jìn)入下一步驟； Ｄ、判斷搜索值是否大于當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的最大值，當(dāng)結(jié)果為是，則設(shè)右子結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)，返回步驟Ｂ，繼續(xù)進(jìn)行搜索操作；當(dāng)結(jié)果為否，則進(jìn)入下一步驟； Ｅ、在當(dāng)前結(jié)點(diǎn)和其ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行二分 查找，結(jié)束操作，并返回搜索結(jié)果； （二）關(guān)鍵字插入操作步驟： Ｆ、開始操作，設(shè)Ｔ－ｌｔ樹根結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)；重復(fù)上述（一）數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作步驟Ａ～Ｅ，在Ｅ步驟中將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)作為范圍結(jié)點(diǎn)； Ｇ、判斷是否找到范圍結(jié)點(diǎn)，當(dāng)沒有找到范圍 結(jié)點(diǎn)，則將搜索路徑中的最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為范圍結(jié)點(diǎn)，進(jìn)入下一步驟； Ｈ、當(dāng)尋找到范圍結(jié)點(diǎn)，繼續(xù)判斷該范圍結(jié)點(diǎn)是否已滿； ①、當(dāng)該范圍結(jié)點(diǎn)未滿，判斷該范圍結(jié)點(diǎn)是否含有ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)或者原始結(jié)點(diǎn)未滿； ａ、當(dāng)結(jié)果為是，將待插入元素 按一定的順序插入范圍結(jié)點(diǎn)，結(jié)束操作； ｂ、當(dāng)結(jié)果為否，則在該范圍結(jié)點(diǎn)中添加ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)，使ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)的尾指針指向原范圍結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)，原范圍結(jié)點(diǎn)的尾指針則指向該ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)，然后將待插入值插入到新的范圍結(jié)點(diǎn)中，結(jié)束操作； ②、 當(dāng)該范圍結(jié)點(diǎn)已滿，進(jìn)行以下操作： ｃ、通過該范圍結(jié)點(diǎn)的ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)的后繼指針找到其直接后繼結(jié)點(diǎn)，然后將ｔａｉｌ結(jié)點(diǎn)移出，作為其后繼結(jié)點(diǎn)的左子結(jié)點(diǎn)，最后將待插入元素插入原范圍結(jié)點(diǎn)或者新的子結(jié)點(diǎn)； ｄ、判斷Ｔ－ｌｔ樹是否失去平衡，當(dāng) 樹失去平衡，則進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作使樹平衡，然后結(jié)束操作；當(dāng)Ｔ－ｌｔ樹未失去平衡，則結(jié)束操作； （三）關(guān)鍵字刪除操作步驟： Ｉ、開始操作，設(shè)Ｔ－ｌｔ樹根結(jié)點(diǎn)為當(dāng)前結(jié)點(diǎn)；重復(fù)上述（一）數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作步驟Ａ～Ｅ，在Ｅ步驟中將當(dāng)前結(jié)點(diǎn)作為范圍 結(jié)點(diǎn)； Ｊ、判斷是否找到范圍結(jié)點(diǎn)，當(dāng)沒有找到范圍結(jié)點(diǎn)，則操作失敗退出； Ｋ、當(dāng)尋找到范圍結(jié)點(diǎn)，在該范圍結(jié)點(diǎn)內(nèi)刪除待刪元素，判斷...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦小麟，柏傳杰，戴華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：84[中國(guó)|南京]
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