~ubuntu-branches/ubuntu/quantal/ceph/quantal

« back to all changes in this revision

Viewing changes to src/leveldb/db/skiplist.h

  • Committer: Package Import Robot
  • Author(s): James Page
  • Date: 2012-07-16 09:56:24 UTC
  • mfrom: (0.3.11)
  • mto: This revision was merged to the branch mainline in revision 17.
  • Revision ID: package-import@ubuntu.com-20120716095624-azr2w4hbhei1rxmx
Tags: upstream-0.48
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 0.48

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
1
 
// Copyright (c) 2011 The LevelDB Authors. All rights reserved.
2
 
// Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3
 
// found in the LICENSE file. See the AUTHORS file for names of contributors.
4
 
//
5
 
// Thread safety
6
 
// -------------
7
 
//
8
 
// Writes require external synchronization, most likely a mutex.
9
 
// Reads require a guarantee that the SkipList will not be destroyed
10
 
// while the read is in progress.  Apart from that, reads progress
11
 
// without any internal locking or synchronization.
12
 
//
13
 
// Invariants:
14
 
//
15
 
// (1) Allocated nodes are never deleted until the SkipList is
16
 
// destroyed.  This is trivially guaranteed by the code since we
17
 
// never delete any skip list nodes.
18
 
//
19
 
// (2) The contents of a Node except for the next/prev pointers are
20
 
// immutable after the Node has been linked into the SkipList.
21
 
// Only Insert() modifies the list, and it is careful to initialize
22
 
// a node and use release-stores to publish the nodes in one or
23
 
// more lists.
24
 
//
25
 
// ... prev vs. next pointer ordering ...
26
 
 
27
 
#include <assert.h>
28
 
#include <stdlib.h>
29
 
#include "port/port.h"
30
 
#include "util/arena.h"
31
 
#include "util/random.h"
32
 
 
33
 
namespace leveldb {
34
 
 
35
 
class Arena;
36
 
 
37
 
template<typename Key, class Comparator>
38
 
class SkipList {
39
 
 private:
40
 
  struct Node;
41
 
 
42
 
 public:
43
 
  // Create a new SkipList object that will use "cmp" for comparing keys,
44
 
  // and will allocate memory using "*arena".  Objects allocated in the arena
45
 
  // must remain allocated for the lifetime of the skiplist object.
46
 
  explicit SkipList(Comparator cmp, Arena* arena);
47
 
 
48
 
  // Insert key into the list.
49
 
  // REQUIRES: nothing that compares equal to key is currently in the list.
50
 
  void Insert(const Key& key);
51
 
 
52
 
  // Returns true iff an entry that compares equal to key is in the list.
53
 
  bool Contains(const Key& key) const;
54
 
 
55
 
  // Iteration over the contents of a skip list
56
 
  class Iterator {
57
 
   public:
58
 
    // Initialize an iterator over the specified list.
59
 
    // The returned iterator is not valid.
60
 
    explicit Iterator(const SkipList* list);
61
 
 
62
 
    // Returns true iff the iterator is positioned at a valid node.
63
 
    bool Valid() const;
64
 
 
65
 
    // Returns the key at the current position.
66
 
    // REQUIRES: Valid()
67
 
    const Key& key() const;
68
 
 
69
 
    // Advances to the next position.
70
 
    // REQUIRES: Valid()
71
 
    void Next();
72
 
 
73
 
    // Advances to the previous position.
74
 
    // REQUIRES: Valid()
75
 
    void Prev();
76
 
 
77
 
    // Advance to the first entry with a key >= target
78
 
    void Seek(const Key& target);
79
 
 
80
 
    // Position at the first entry in list.
81
 
    // Final state of iterator is Valid() iff list is not empty.
82
 
    void SeekToFirst();
83
 
 
84
 
    // Position at the last entry in list.
85
 
    // Final state of iterator is Valid() iff list is not empty.
86
 
    void SeekToLast();
87
 
 
88
 
   private:
89
 
    const SkipList* list_;
90
 
    Node* node_;
91
 
    // Intentionally copyable
92
 
  };
93
 
 
94
 
 private:
95
 
  enum { kMaxHeight = 12 };
96
 
 
97
 
  // Immutable after construction
98
 
  Comparator const compare_;
99
 
  Arena* const arena_;    // Arena used for allocations of nodes
100
 
 
101
 
  Node* const head_;
102
 
 
103
 
  // Modified only by Insert().  Read racily by readers, but stale
104
 
  // values are ok.
105
 
  port::AtomicPointer max_height_;   // Height of the entire list
106
 
 
107
 
  inline int GetMaxHeight() const {
108
 
    return reinterpret_cast<intptr_t>(max_height_.NoBarrier_Load());
109
 
  }
110
 
 
111
 
  // Read/written only by Insert().
112
 
  Random rnd_;
113
 
 
114
 
  Node* NewNode(const Key& key, int height);
115
 
  int RandomHeight();
116
 
  bool Equal(const Key& a, const Key& b) const { return (compare_(a, b) == 0); }
117
 
 
118
 
  // Return true if key is greater than the data stored in "n"
119
 
  bool KeyIsAfterNode(const Key& key, Node* n) const;
120
 
 
121
 
  // Return the earliest node that comes at or after key.
122
 
  // Return NULL if there is no such node.
123
 
  //
124
 
  // If prev is non-NULL, fills prev[level] with pointer to previous
125
 
  // node at "level" for every level in [0..max_height_-1].
126
 
  Node* FindGreaterOrEqual(const Key& key, Node** prev) const;
127
 
 
128
 
  // Return the latest node with a key < key.
129
 
  // Return head_ if there is no such node.
130
 
  Node* FindLessThan(const Key& key) const;
131
 
 
132
 
  // Return the last node in the list.
133
 
  // Return head_ if list is empty.
134
 
  Node* FindLast() const;
135
 
 
136
 
  // No copying allowed
137
 
  SkipList(const SkipList&);
138
 
  void operator=(const SkipList&);
139
 
};
140
 
 
141
 
// Implementation details follow
142
 
template<typename Key, class Comparator>
143
 
struct SkipList<Key,Comparator>::Node {
144
 
  explicit Node(const Key& k) : key(k) { }
145
 
 
146
 
  Key const key;
147
 
 
148
 
  // Accessors/mutators for links.  Wrapped in methods so we can
149
 
  // add the appropriate barriers as necessary.
150
 
  Node* Next(int n) {
151
 
    assert(n >= 0);
152
 
    // Use an 'acquire load' so that we observe a fully initialized
153
 
    // version of the returned Node.
154
 
    return reinterpret_cast<Node*>(next_[n].Acquire_Load());
155
 
  }
156
 
  void SetNext(int n, Node* x) {
157
 
    assert(n >= 0);
158
 
    // Use a 'release store' so that anybody who reads through this
159
 
    // pointer observes a fully initialized version of the inserted node.
160
 
    next_[n].Release_Store(x);
161
 
  }
162
 
 
163
 
  // No-barrier variants that can be safely used in a few locations.
164
 
  Node* NoBarrier_Next(int n) {
165
 
    assert(n >= 0);
166
 
    return reinterpret_cast<Node*>(next_[n].NoBarrier_Load());
167
 
  }
168
 
  void NoBarrier_SetNext(int n, Node* x) {
169
 
    assert(n >= 0);
170
 
    next_[n].NoBarrier_Store(x);
171
 
  }
172
 
 
173
 
 private:
174
 
  // Array of length equal to the node height.  next_[0] is lowest level link.
175
 
  port::AtomicPointer next_[1];
176
 
};
177
 
 
178
 
template<typename Key, class Comparator>
179
 
typename SkipList<Key,Comparator>::Node*
180
 
SkipList<Key,Comparator>::NewNode(const Key& key, int height) {
181
 
  char* mem = arena_->AllocateAligned(
182
 
      sizeof(Node) + sizeof(port::AtomicPointer) * (height - 1));
183
 
  return new (mem) Node(key);
184
 
}
185
 
 
186
 
template<typename Key, class Comparator>
187
 
inline SkipList<Key,Comparator>::Iterator::Iterator(const SkipList* list) {
188
 
  list_ = list;
189
 
  node_ = NULL;
190
 
}
191
 
 
192
 
template<typename Key, class Comparator>
193
 
inline bool SkipList<Key,Comparator>::Iterator::Valid() const {
194
 
  return node_ != NULL;
195
 
}
196
 
 
197
 
template<typename Key, class Comparator>
198
 
inline const Key& SkipList<Key,Comparator>::Iterator::key() const {
199
 
  assert(Valid());
200
 
  return node_->key;
201
 
}
202
 
 
203
 
template<typename Key, class Comparator>
204
 
inline void SkipList<Key,Comparator>::Iterator::Next() {
205
 
  assert(Valid());
206
 
  node_ = node_->Next(0);
207
 
}
208
 
 
209
 
template<typename Key, class Comparator>
210
 
inline void SkipList<Key,Comparator>::Iterator::Prev() {
211
 
  // Instead of using explicit "prev" links, we just search for the
212
 
  // last node that falls before key.
213
 
  assert(Valid());
214
 
  node_ = list_->FindLessThan(node_->key);
215
 
  if (node_ == list_->head_) {
216
 
    node_ = NULL;
217
 
  }
218
 
}
219
 
 
220
 
template<typename Key, class Comparator>
221
 
inline void SkipList<Key,Comparator>::Iterator::Seek(const Key& target) {
222
 
  node_ = list_->FindGreaterOrEqual(target, NULL);
223
 
}
224
 
 
225
 
template<typename Key, class Comparator>
226
 
inline void SkipList<Key,Comparator>::Iterator::SeekToFirst() {
227
 
  node_ = list_->head_->Next(0);
228
 
}
229
 
 
230
 
template<typename Key, class Comparator>
231
 
inline void SkipList<Key,Comparator>::Iterator::SeekToLast() {
232
 
  node_ = list_->FindLast();
233
 
  if (node_ == list_->head_) {
234
 
    node_ = NULL;
235
 
  }
236
 
}
237
 
 
238
 
template<typename Key, class Comparator>
239
 
int SkipList<Key,Comparator>::RandomHeight() {
240
 
  // Increase height with probability 1 in kBranching
241
 
  static const unsigned int kBranching = 4;
242
 
  int height = 1;
243
 
  while (height < kMaxHeight && ((rnd_.Next() % kBranching) == 0)) {
244
 
    height++;
245
 
  }
246
 
  assert(height > 0);
247
 
  assert(height <= kMaxHeight);
248
 
  return height;
249
 
}
250
 
 
251
 
template<typename Key, class Comparator>
252
 
bool SkipList<Key,Comparator>::KeyIsAfterNode(const Key& key, Node* n) const {
253
 
  // NULL n is considered infinite
254
 
  return (n != NULL) && (compare_(n->key, key) < 0);
255
 
}
256
 
 
257
 
template<typename Key, class Comparator>
258
 
typename SkipList<Key,Comparator>::Node* SkipList<Key,Comparator>::FindGreaterOrEqual(const Key& key, Node** prev)
259
 
    const {
260
 
  Node* x = head_;
261
 
  int level = GetMaxHeight() - 1;
262
 
  while (true) {
263
 
    Node* next = x->Next(level);
264
 
    if (KeyIsAfterNode(key, next)) {
265
 
      // Keep searching in this list
266
 
      x = next;
267
 
    } else {
268
 
      if (prev != NULL) prev[level] = x;
269
 
      if (level == 0) {
270
 
        return next;
271
 
      } else {
272
 
        // Switch to next list
273
 
        level--;
274
 
      }
275
 
    }
276
 
  }
277
 
}
278
 
 
279
 
template<typename Key, class Comparator>
280
 
typename SkipList<Key,Comparator>::Node*
281
 
SkipList<Key,Comparator>::FindLessThan(const Key& key) const {
282
 
  Node* x = head_;
283
 
  int level = GetMaxHeight() - 1;
284
 
  while (true) {
285
 
    assert(x == head_ || compare_(x->key, key) < 0);
286
 
    Node* next = x->Next(level);
287
 
    if (next == NULL || compare_(next->key, key) >= 0) {
288
 
      if (level == 0) {
289
 
        return x;
290
 
      } else {
291
 
        // Switch to next list
292
 
        level--;
293
 
      }
294
 
    } else {
295
 
      x = next;
296
 
    }
297
 
  }
298
 
}
299
 
 
300
 
template<typename Key, class Comparator>
301
 
typename SkipList<Key,Comparator>::Node* SkipList<Key,Comparator>::FindLast()
302
 
    const {
303
 
  Node* x = head_;
304
 
  int level = GetMaxHeight() - 1;
305
 
  while (true) {
306
 
    Node* next = x->Next(level);
307
 
    if (next == NULL) {
308
 
      if (level == 0) {
309
 
        return x;
310
 
      } else {
311
 
        // Switch to next list
312
 
        level--;
313
 
      }
314
 
    } else {
315
 
      x = next;
316
 
    }
317
 
  }
318
 
}
319
 
 
320
 
template<typename Key, class Comparator>
321
 
SkipList<Key,Comparator>::SkipList(Comparator cmp, Arena* arena)
322
 
    : compare_(cmp),
323
 
      arena_(arena),
324
 
      head_(NewNode(0 /* any key will do */, kMaxHeight)),
325
 
      max_height_(reinterpret_cast<void*>(1)),
326
 
      rnd_(0xdeadbeef) {
327
 
  for (int i = 0; i < kMaxHeight; i++) {
328
 
    head_->SetNext(i, NULL);
329
 
  }
330
 
}
331
 
 
332
 
template<typename Key, class Comparator>
333
 
void SkipList<Key,Comparator>::Insert(const Key& key) {
334
 
  // TODO(opt): We can use a barrier-free variant of FindGreaterOrEqual()
335
 
  // here since Insert() is externally synchronized.
336
 
  Node* prev[kMaxHeight];
337
 
  Node* x = FindGreaterOrEqual(key, prev);
338
 
 
339
 
  // Our data structure does not allow duplicate insertion
340
 
  assert(x == NULL || !Equal(key, x->key));
341
 
 
342
 
  int height = RandomHeight();
343
 
  if (height > GetMaxHeight()) {
344
 
    for (int i = GetMaxHeight(); i < height; i++) {
345
 
      prev[i] = head_;
346
 
    }
347
 
    //fprintf(stderr, "Change height from %d to %d\n", max_height_, height);
348
 
 
349
 
    // It is ok to mutate max_height_ without any synchronization
350
 
    // with concurrent readers.  A concurrent reader that observes
351
 
    // the new value of max_height_ will see either the old value of
352
 
    // new level pointers from head_ (NULL), or a new value set in
353
 
    // the loop below.  In the former case the reader will
354
 
    // immediately drop to the next level since NULL sorts after all
355
 
    // keys.  In the latter case the reader will use the new node.
356
 
    max_height_.NoBarrier_Store(reinterpret_cast<void*>(height));
357
 
  }
358
 
 
359
 
  x = NewNode(key, height);
360
 
  for (int i = 0; i < height; i++) {
361
 
    // NoBarrier_SetNext() suffices since we will add a barrier when
362
 
    // we publish a pointer to "x" in prev[i].
363
 
    x->NoBarrier_SetNext(i, prev[i]->NoBarrier_Next(i));
364
 
    prev[i]->SetNext(i, x);
365
 
  }
366
 
}
367
 
 
368
 
template<typename Key, class Comparator>
369
 
bool SkipList<Key,Comparator>::Contains(const Key& key) const {
370
 
  Node* x = FindGreaterOrEqual(key, NULL);
371
 
  if (x != NULL && Equal(key, x->key)) {
372
 
    return true;
373
 
  } else {
374
 
    return false;
375
 
  }
376
 
}
377
 
 
378
 
}  // namespace leveldb