一起写个数据库 —— 3. 数据页的缓存与管理

本文原载于我的博客：https://ziyang.moe/article/mydb3.html

本章涉及代码都在 https://github.com/CN-GuoZiyang/MYDB/tree/master/src/main/java/top/guoziyang/mydb/backend/dm/pageCache 和 https://github.com/CN-GuoZiyang/MYDB/tree/master/src/main/java/top/guoziyang/mydb/backend/dm/page 中。

前言

本节主要内容就是 DM 模块向下对文件系统的抽象部分。DM 将文件系统抽象成页面，每次对文件系统的读写都是以页面为单位的。同样，从文件系统读进来的数据也是以页面为单位进行缓存的。

页面缓存

这里参考大部分数据库的设计，将默认数据页大小定为 8K。如果想要提升向数据库写入大量数据情况下的性能的话，也可以适当增大这个值。

上一节我们已经实现了一个通用的缓存框架，那么这一节我们需要缓存页面，就可以直接借用那个缓存的框架了。但是首先，需要定义出页面的结构。注意这个页面是存储在内存中的，与已经持久化到磁盘的抽象页面有区别。

定义一个页面如下：

public class PageImpl implements Page {
   
    private int pageNumber;
    private byte[] data;
    private boolean dirty;
    private Lock lock;
    
    private PageCache pc;
}

其中，pageNumber 是这个页面的页号，该页号从 1 开始。data 就是这个页实际包含的字节数据。dirty 标志着这个页面是否是脏页面，在缓存驱逐的时候，脏页面需要被写回磁盘。这里保存了一个 PageCache（还未定义）的引用，用来方便在拿到 Page 的引用时可以快速对这个页面的缓存进行释放操作。

定义页面缓存的接口如下：

public interface PageCache {
   
    int newPage(byte[] initData);
    Page getPage(int pgno) throws Exception;
    void close();
    void release(Page page);

    void truncateByBgno(int maxPgno);
    int getPageNumber();
    void flushPage(Page pg);
}

页面缓存的具体实现类，需要继承抽象缓存框架，并且实现 getForCache() 和 releaseForCache() 两个抽象方法。由于数据源就是文件系统，getForCache() 直接从文件中读取，并包裹成 Page 即可：

@Override
protected Page getForCache(long key) throws Exception {
   
    int pgno = (int)key;
    long offset = PageCacheImpl.pageOffset(pgno);

    ByteBuffer buf