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            為什么Rust標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的TreeMap采用B樹實(shí)現(xiàn),而不是常用的紅黑樹?

            來源:千鋒教育
            發(fā)布人:xqq
            時(shí)間: 2023-10-11 03:07:28 1696964848

            一、為什么Rust標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的TreeMap采用B樹實(shí)現(xiàn)

            簡(jiǎn)單來說,BST確實(shí)是理論上內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)異解,但是有個(gè)前提:內(nèi)存是真的均質(zhì)隨機(jī)訪問內(nèi)存。這里給出一個(gè)定義,均質(zhì)隨機(jī)訪問內(nèi)存即主存擁有在任意上下文場(chǎng)景下,訪問任意地址,都有著非常相似的性能。但是很不幸,現(xiàn)在的內(nèi)存并不是這樣子的。

            在計(jì)算機(jī)當(dāng)中,由于cache的存在,訪問臨近位置的內(nèi)存在平均意義下會(huì)產(chǎn)生非常巨大的性能提升,而BST的特性導(dǎo)致臨近的元素并不是在內(nèi)存中存放在一起的,從而在實(shí)踐當(dāng)中性能非常糟糕。而B-Tree在大部分場(chǎng)景下,可以讓一些臨近元素在內(nèi)存中存放在一起,從而在大部分情況下,實(shí)踐中得到比BST更好的性能。

            B-Tree相對(duì)于B+Tree的優(yōu)劣勢(shì):

            優(yōu)勢(shì):省內(nèi)存,不需要多做一層索引。

            劣勢(shì):Iter略慢,next() 最差會(huì)出現(xiàn)log n的復(fù)雜度,B+Tree可以穩(wěn)定O(1)。

            可以區(qū)分index和數(shù)據(jù),把index做的很小,放進(jìn)更快但是更小的存儲(chǔ)中。

            首先Rust的BTreeMap是全放在內(nèi)存里的,第三條基本上就沒啥用,第二條的性能提升微乎其微,但是名列前茅條的省內(nèi)存可是實(shí)實(shí)在在的,所以B+Tree在這個(gè)使用場(chǎng)景下GG。

            再給大家添加一個(gè)B+Tree很適合的使用場(chǎng)景來進(jìn)一步學(xué)習(xí)下B+Tree,一個(gè)典型應(yīng)用是硬盤KV數(shù)據(jù)庫(kù),開啟數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候根據(jù)硬盤中保存的葉子結(jié)點(diǎn)們?cè)趦?nèi)存中構(gòu)造出來B+Tree的index部分,這樣子的硬盤KV的讀寫一個(gè)key一般只需要hit一次硬盤就可以完成,當(dāng)然觸發(fā)平衡時(shí)候會(huì)是多次,但是相比于純硬盤BTree的log n次硬盤操作(index大 內(nèi)存塞不下)而言,優(yōu)勢(shì)非常明顯的。

            延伸閱讀:

            二、TreeMap概述

            TreeMap存儲(chǔ)K-V鍵值對(duì),通過紅黑樹(R-B tree)實(shí)現(xiàn);

            TreeMap繼承了NavigableMap接口,NavigableMap接口繼承了SortedMap接口,可支持一系列的導(dǎo)航定位以及導(dǎo)航操作的方法,當(dāng)然只是提供了接口,需要TreeMap自己去實(shí)現(xiàn);

            TreeMap實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口,可被克隆,實(shí)現(xiàn)了Serializable接口,可序列化;

            TreeMap因?yàn)槭峭ㄟ^紅黑樹實(shí)現(xiàn),紅黑樹結(jié)構(gòu)天然支持排序,默認(rèn)情況下通過Key值的自然順序進(jìn)行排序;

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