一起写一个数据库(一)

项目来源：https://ziyang.moe/article/mydb1.html

事务的定义及相关操作

XID的定义

在MyDB中，每一个事务都有一个XID，这个XID唯一标识了这个事务。

XID编号从1开始自增，不可重复

编号0为超级事务（Super Transaction）

当一些操作想在没有申请事务的情况下进行，那么可以将该事务的XID编号设置为0

XID为0的事务的状态永远为committed

“ TransactionManager通过维护一个XID格式的文件来维护事务的状态并提供接口查询某个事务的状态。”

XID文件的头部保存了一个8字节的数字，记录这个XID文件管理的事务个数

XID文件给每个事务分配了一个字节的空间用来保存其状态

XID 编号为0的状态不需要记录

主要属性及全局实例定义：

	//XID文件头长度
    private static final int LEN_XID_HEADER_LENGTH = 8;

    //给每个事务分配一个字节的空间用来存储其状态
    private static final int XID_FIELD_SIZE = 1;

    //事务的三种状态
    private static final byte FIELD_TRAN_ACTIVE = 0;
    private static final byte FIELD_TRAN_COMMITTED = 1;
    private static final byte FIELD_TRAN_ABORTED = 2;

    //超级事务，永远为Committed状态
    public static final long SUPER_XID = 0;

    private RandomAccessFile file;
    private FileChannel fc;
    private long xidCounter;
    private Lock counterLock;

构造方法

通过属性也能看出，基本上就是通过FileChannel结合RandomAccessFile的方式来实现的

    private TransactionManager (RandomAccessFile raf,FileChannel fc){
        this.file = raf;
        this.fc = fc;
        counterLock = new ReentrantLock();
        checkXIDCounter();
    }

其中的checkXIDCounter()方法用于检查XID文件是否合乎规定

    /*
    检查XID文件是否合乎规定
    校验：通过文件头的8字节数字反推文件的理论长度，与文件的实际长度做对比
     */
    private void checkXIDCounter() {
        long fileLen = 0;
        try {
            fileLen = file.length();
        }catch (IOException e){
            Panic.panic(new RuntimeException("非法的XID文件！"));
        }
        if (fileLen < LEN_XID_HEADER_LENGTH) {
            Panic.panic(new RuntimeException("非法的XID文件！"));
        }

        ByteBuffer buf =  ByteBuffer.allocate(LEN_XID_HEADER_LENGTH);
        try{
            fc.position(0);
            fc.read(buf);
        } catch (IOException e) {
            Panic.panic(e);
        }
        this.xidCounter = Parser.parseLong(buf.array());
        long end = getXIDPosition(this.xidCounter + 1);
        //读取XID_FILE_HEADER中的xidCounter,根据它计算文件的理论长度，对比实际长度
        if ( end != fileLen ) {
            Panic.panic(new RuntimeException("非法的XID文件！"));
        }
    }

getXIDPosition()方法

    //根据事务xid取得其在XID文件中对应的位置
    private long getXIDPosition(long xid){
        return LEN_XID_HEADER_LENGTH + (xid-1)*XID_FIELD_SIZE;
    }

创建方式

    public static TransactionManager create(String path){
        File f = new File(path);
        try {
            if (!f.createNewFile()){
                Panic.panic(new RuntimeException("File already exists!"));
            }
        } catch (Exception e) {
            Panic.panic(e);
        }
        if (!f.canRead() || !f.canWrite()){
            Panic.panic(new RuntimeException("File can not Read or Write!"));
        }

        FileChannel fc = null;
        RandomAccessFile raf = null;
        try {
            raf = new RandomAccessFile(f,"rw");
            fc = raf.getChannel();		//通过RandomAccessFile获取FileChannel的实例
        } catch (FileNotFoundException e){
            Panic.panic(e);
        }

        return new TransactionManager(raf,fc);
    }

FileChannel1
FileChannel使用一个InputStream/OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("test.txt");
raf.getChannel();
Channel的读写方法

从文件A中读取内容并写入到文件B：
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
buf.clear();

channelA.read(buf);

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {
  channelB.write(buf);
}
用完后关闭Channel

public final void close( )
特定位置的读写操作
long pos = channel.position();
channel.position(pos + 100);
将位置设在文件符结束之后

然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1（代表文件结束）

试图向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据，这可能导致“文件空洞”，磁盘上的物理文件中写入的数据间有空隙，撑大的那一部分将以0填充，但却不占用实际的磁盘空间（了解即可，不建议这种操作）
返回实例所关联文件的大小

size( )

截取指定长度的文件，指定长度后面的部分将被删除

truncate( 1024 ) //1024临时示意

将通道里尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘上

出于性能方面的考虑，操作系统会将数据缓存到内存中，无法保证写入到Channel里的数据一定会即时写到磁盘上

force( boolean )

事务操作的相关方法

private void updateXID( long xid, byte status )
- 更新事务的状态为status
private void incrXIDCounter( )
- 将XID+1，并更新XIDHeader
public long begin( )
- 开始一个事务并返回XID
public void commit(long xid)
- 提交XID事务
public void abort(long xid)
- 回滚XID事务
private boolean checkXID(long xid, byte status)
- 检查XID事务是否处于status状态
public boolean isActive( long xid )
- 事务的状态是否正在进行
public boolean isCommitted( long xid )
- 事务的状态是否已经提交
public boolean isAborted( long xid )
- 事务的状态是否已经取消

关闭流

    public void close() {
        try {
            fc.close();
            file.close();
        } catch (IOException e){
            Panic.panic(e);
        }
    }

公共类

public class Parser {
    public static long parseLong(byte[] buf){
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(buf,0,8);
        return buffer.getLong();
    }

    public static byte[] long2Byte(long value){
        return ByteBuffer.allocate(Long.SIZE / Byte.SIZE).putLong(value).array();
    }
}

工具类

public class Panic {
    public static void panic(Exception err){
        err.printStackTrace();
        System.exit(1);
    }
}