良好的快照表数据结构可用于内存索引

我正在为一个非常特殊的用例设计内存对象数据库。它是单个编写器，但必须支持有效的并发读取。读取必须隔离。没有查询语言，数据库仅支持：

• 通过属性/属性集获取对象（例如，可能支持表达式x.count < 5）
• 获取对象的属性

查询是命令脚本，由任意数量的上述操作组成。数据大小将是<< <<内存，因此大多数属性上的所有对象和索引都应舒适地容纳而无需交换。

我需要的是对象属性索引的数据结构，该数据结构在写入时可以为O（n），不支持写入并发，但理想情况下应支持O（1）快照（可能在写入时进行复制）和O（logN）访问。理想情况下，这将允许读取时具有高并发性，并在版本之间实现最大的结构共享。

我当时在看CTries，并发BST和并发Splay 树，但是我不确定我是否真的在朝正确的方向看。上面的结构非常关注我不关心的插入物的复杂性。

问题：是否有一个现成的数据结构适合我的用例？

编辑：经过更多思考之后，似乎持久的BST / Splay树将起作用。编写者将更新“主”副本，查询将在执行开始时获得该树，并在完成后将其丢弃。但是，我仍然对是否有更好的解决方案感兴趣。

使用任何一种基于树的持久性/不变性（即功能性）数据结构。正如@Raphael在评论中指出的那样，关键是要正确锁定。

基于功能/持久树的数据结构的好处是，您可以免费获得“快照”。假设您对数据结构使用了treap（随机二进制搜索树）。这是用Go语言编写的示例：https : //github.com/steveyen/gtreap。作者对此进行了描述：

不可变地，对陷阱的任何更新/删除都将返回一个新的陷阱，该新陷阱可以与先前的陷阱共享内部节点。创建后，此实现中的所有节点均为只读。这允许并发读取器与并发写入器安全地操作，因为修改只会创建新的数据结构，而不会修改现有的数据结构。这是实现MVCC或多版本并发控制的简单方法。

$O(\log n)$

您使用锁来保护指向根的指针。由于数据结构是不可变的，因此可以同时进行读取，并且可以保存指向旧快照的指针。读为：

lock
tmp = ptr_to_root
unlock
value = search(tmp, <value to search for>)
return value

即使搜索可能需要一段时间，您在复制指针时只握住锁，因此搜索可以同时发生。

写为：

lock
old_ptr_to_root = ptr_to_root
ptr_to_root = insert(old_ptr_to_root, <new key/value pair>)
unlock

在此版本中，写入程序确实需要在创建树的新版本的整个过程中保持锁定。您可以通过将写入更改为以下内容来提高读取性能（有时会导致写入事务失败）：

top:
  lock
  old_ptr_to_root = ptr_to_root
  unlock
  new_ptr_to_root = insert(old_ptr_to_root, <new key/value pair>)
  lock
  if (ptr_to_root == old_ptr_to_root)   # make sure no other write happened in the interim
    ptr_to_root = new_ptr_to_root
    unlock
  else                                  # transaction fails, try again
    unlock
    goto top

如果您的编程语言具有原子比较和交换操作的原子变量，则您甚至可以做得更好（使其“无锁”）。（例如，使用C ++ 11。atomic<T*>）

Microsoft已发布了有关其新的内存数据库的详细信息，它的索引不会在写入完成时阻止读取。

例如：

Justin Levandoski，David Lomet和Sudipta Sengupta，Bw树：新硬件的B树，在2013年IEEE第29届国际数据工程会议（ICDE）和国际数据工程会议上，2013年4月8日。

有关其出版物的列表，请参见http://research.microsoft.com/zh-cn/projects/main-memory_dbs/。