在Mongodb中,其提供了类似关系型数据中cursor对象来遍历数据集合,同时mongodb并要根据不同的场景生成不同的游标对象 (cursor),比如顺序遍历游标(basicCursor),反向游标(reverseCursor), B树索引游标(btreeCursor)等。 下面是其游标体系架构类图(位于cursor.cpp, cursor.h, clientcursor.cpp, clientcursor.h):
从该图中,可以看到除了(ClientCursor)之外,其余游标均继承自Cursor这个类(基类),下面我们看一下其具体实现:
- class Cursor : boost::noncopyable // 使类和派生类不可复制
- {
- virtual bool ok() = 0 ; // 游标当前指向的对象是否有效
- bool eof() { return ! ok(); } // 是否已到尾部
- virtual Record * _current() = 0 ; // 游标当前指向的记录(记录是组成数据文件的最基本单位)
- virtual BSONObj current() = 0 ; // 游标当前指向的BSONObj对象
- virtual DiskLoc currLoc() = 0 ; // 游标当前指向的DiskLoc
- virtual bool advance() = 0 ; /* true=ok,将游标指向到下一条记录所在位置 */
- virtual BSONObj currKey() const { return BSONObj(); }
- /* 标识游标是否为Tailable类型,该类型支持获取最后一条记录后,不马上关闭游标,以便持续获取后面新添加的记录 */
- virtual bool tailable() {
- return false ;
- }
- // 设置游标为Tailable类型
- virtual void setTailable() {}
- .....
- }
在mongodb中,提供了两种遍历数据集合的方向,分别是“向前”和“倒转”方式,其声明如下:
- class AdvanceStrategy {
- public :
- virtual ~ AdvanceStrategy() { }
- virtual DiskLoc next( const DiskLoc & prev ) const = 0 ;
- };
- const AdvanceStrategy * forward(); // 向前
- const AdvanceStrategy * reverse(); // 倒转
下面是其实现方式如下:
- class Forward : public AdvanceStrategy {
- virtual DiskLoc next( const DiskLoc & prev ) const {
- return prev.rec() -> getNext( prev );
- }
- } _forward;
- class Reverse : public AdvanceStrategy {
- virtual DiskLoc next( const DiskLoc & prev ) const {
- return prev.rec() -> getPrev( prev );
- }
- } _reverse;
- const AdvanceStrategy * forward() {
- return & _forward;
- }
- const AdvanceStrategy * reverse() {
- return & _reverse;
- }
看到这里,我们有必须简要说明一下mongofile文件的结构,见下面说明:
- /* a datafile - i.e. the "dbname. < # > " files :
- ----------------------
- DataFileHeader :数据头文件信息,包括版本,文件长度,使用情况等
- ----------------------
- Extent (for a particular namespace) 特定namespace下的extent,可理解为数据集合
- Record : 单条数据记录
- ...
- Record (some chained for unused space)
- ----------------------
- more Extents... 其它extent
- ----------------------
- */
在一个数据库文件中,同一个namespace的extent可以有多个,每一个extent都有一些记录(record)组成,如果访问record,可以使用diskloc加上文件偏移(getOfs:位于diskloc中)获取。
同时每个extent中包括还包括两个重要属性:
它们分别记录了同一namespace下,在extent链表中,当前extent的前或后一个extent的位置信息,上面 AdvanceStrategy中的next方法即实现了在两种遍历方向(上面已提到)上,在extent链接中跳转的方式,比如在forward方 向:
- inline DiskLoc Record::getNext( const DiskLoc & myLoc) {
- // 如果当前 Record的nextOfs偏移不为空,表示在当前extent中还有后续记录可访问
- if ( nextOfs != DiskLoc::NullOfs ) {
- /* defensive */
- if ( nextOfs >= 0 && nextOfs < 10 ) { // 是否为已删除的记录
- sayDbContext( " Assertion failure - Record::getNext() referencing a deleted record? " );
- return DiskLoc();
- }
- return DiskLoc(myLoc.a(), nextOfs); // 获取下一条记录
- }
- Extent * e = myExtent(myLoc); // 获取当前记录所属的Extent
- while ( 1 ) {
- if ( e -> xnext.isNull() )
- return DiskLoc(); // 已到表尾.
- e = e -> xnext.ext(); // 跳转到下一个extent(以便进行next遍历)
- if ( ! e -> firstRecord.isNull() )
- break ;
- // entire extent could be empty, keep looking
- }
- return e -> firstRecord; // 获取下一个extent中的第一条记录
- }
在每个extent对象中,其还包括另外两个属性 firstRecord ,lastRecord , 两者皆为DiskLoc类型,顾名思义,它们分别指向当前extent的第一条和最后一条记录所在位置,这种定义它们是为了后者在extent中进行跳转 时使用,当前如果在更加复杂的capped collection情况下,其值在会删除记录等操作时不断更新,比如下面代码:
- // namespace.cpp 文件912行,该方法在删除记录时调用
- id DataFileMgr::_deleteRecord(NamespaceDetails * d, const char * ns, Record * todelete, const DiskLoc & dl) {
- ......
- // extents是一个数据文件区域,该区域有所有记录(records)均属于同一个名空间namespace
- /* remove ourself from extent pointers */
- {
- Extent * e = getDur().writing( todelete -> myExtent(dl) );
- if ( e -> firstRecord == dl ) { // 如果要删除记录为该extents区域第一条记录时
- if ( todelete -> nextOfs == DiskLoc::NullOfs ) // 且为唯一记录时
- e -> firstRecord.Null(); // 则该空间第一元素为空
- else // 将当前空间第一条(有效)记录后移 一位
- e -> firstRecord. set (dl.a(), todelete -> nextOfs);
- }
- if ( e -> lastRecord == dl ) { // 如果要删除记录为该extents区域最后一条记录时
- if ( todelete -> prevOfs == DiskLoc::NullOfs ) // 如果要删除记录的前一条信息位置为空时
- e -> lastRecord.Null(); // 该空间最后一条记录清空
- els e // 设置该空间最后一条(有效)记录位置前移一位
- e -> lastRecord. set (dl.a(), todelete -> prevOfs);
- }
- }
- ......
- }
介绍了cursor基类的定义和遍历方向这两个基本概念后,下面介绍一下在mongodb中,广泛使用的是basicCursor,其定义如下:
- class BasicCursor : public Cursor {
- public :
- BasicCursor(DiskLoc dl, const AdvanceStrategy * _s = forward ()) : curr(dl), s( _s ), _nscanned() {
- incNscanned();
- init();
- }
- BasicCursor( const AdvanceStrategy * _s = forward ()) : s( _s ), _nscanned() {
- init();
- }
- bool ok() { return ! curr.isNull(); }
- Record * _current() {
- assert( ok() );
- return curr.rec();
- }
- BSONObj current() {
- Record * r = _current();
- BSONObj j(r);
- return j;
- }
- virtual DiskLoc currLoc() { return curr; }
- virtual DiskLoc refLoc() { return curr.isNull() ? last : curr; }
- bool advance();
- virtual string toString() { return " BasicCursor " ; }
- virtual void setTailable() {
- if ( ! curr.isNull() || ! last.isNull() )
- tailable_ = true ;
- }
- virtual bool tailable() { return tailable_; }
- ......
- };
可认看到在其构造函数时,使用了forward方向的遍历方式, 即然定义了Forward方向的游标,mongodb接下来定义了Reverse方向的游标:
- /* 用于排序 { $natural: -1 } */
- class ReverseCursor : public BasicCursor {
- public :
- ReverseCursor(DiskLoc dl) : BasicCursor( dl, reverse() ) { }
- ReverseCursor() : BasicCursor( reverse() ) { }
- virtual string toString() { return " ReverseCursor " ; }
- };
另外为了支持capped collection集合类型(有关capped collection,参见这篇链接 ),mongodb分别定义了ForwardCappedCursor 和ReverseCappedCursor:
- class ForwardCappedCursor : public BasicCursor, public AdvanceStrategy {
- public :
- ForwardCappedCursor( NamespaceDetails * nsd = 0 , const DiskLoc & startLoc = DiskLoc() );
- virtual string toString() {
- return " ForwardCappedCursor " ;
- }
- virtual DiskLoc next( const DiskLoc & prev ) const ;
- virtual bool capped() const { return true ; }
- private :
- NamespaceDetails * nsd;
- };
- class ReverseCappedCursor : public BasicCursor, public AdvanceStrategy {
- public :
- ReverseCappedCursor( NamespaceDetails * nsd = 0 , const DiskLoc & startLoc = DiskLoc() );
- virtual string toString() {
- return " ReverseCappedCursor " ;
- }
- virtual DiskLoc next( const DiskLoc & prev ) const ;
- virtual bool capped() const { return true ; }
- private :
- NamespaceDetails * nsd;
- };
只不过在ForwardCappedCursor和ReverseCappedCursor中,实现next方法会更复杂一下,因为其要考虑删除的记录不在遍历结果中的情况。相当内容详见cursor.cpp的实现代码:)
介绍游标和mongofile结构之后,我们大体知道了mongodb如果遍历数据文件,另外mongodb使用了b树索引来加快查询效率,因此mongodb也提供了相应的btreeCursor,其主要用于遍历内存中的b树索引。
除此以外,为了方便client端使用cursor访问数据库,mongodb提供了ClientCursor,其对Cursor进一步封装(详见clientcursor.h)。
下面我们看一下mongodb如果要据查询方式来确定使用那种类型游标的:
- // pdfile.cpp 文件639行,查询从指定记录位置startLoc开始的记录,这里要据不同的条件使用不同的注季
- shared_ptr < Cursor > DataFileMgr::findAll( const char * ns, const DiskLoc & startLoc) {
- NamespaceDetails * d = nsdetails( ns );
- if ( ! d )
- return shared_ptr < Cursor > ( new BasicCursor(DiskLoc()));
- DiskLoc loc = d -> firstExtent;
- Extent * e = getExtent(loc);
- ......
- if ( d -> capped )
- return shared_ptr < Cursor > ( new ForwardCappedCursor( d , startLoc ) );
- if ( ! startLoc.isNull() )
- return shared_ptr < Cursor > ( new BasicCursor( startLoc ));
- ......
- return shared_ptr < Cursor > ( new BasicCursor( e -> firstRecord ));
- }
到这里,可以看了,mongodb在cursor的设计和使用方式上是基于“策略模式”(strategy pattern)的,如下图:

其中cursor就是各种遍历数据集合的策略,而pdfile.cpp就是持有相应cursor的上下文(context) ,该模式也是使用比较广泛的一种设置模式,好处这里就不多说了。
好了,今天的内容到这里就告一段落了,在接下来的文章中,将会介绍mongodb中mmap的使用场景。
原文链接:http://www.cnblogs.com/daizhj/archive/2011/04/15/mongodb_cursor_source_code.html
作者: daizhj, 代震军
微博: http://t.sina.com.cn/daizhj
Tags: mongodb,c++,cursor