hbase源码系列（五）Trie单词查找树

问题导读

１．Trie树的原理是什么？

２．树里面有几种类型的数据结构？分别是什么？

在上一章中提到了编码压缩，讲了一个简单的DataBlockEncoding.PREFIX算法，它用的是前序编码压缩的算法，它搜索到时候，是全扫描的方式搜索的，如此一来，搜索效率实在是不敢恭维，所以在hbase当中单独拿了一个工程出来实现了Trie的数据结果，既达到了压缩编码的效果，亦达到了方便查询的效果，一举两得，设置的方法是在上一章的末尾提了。

下面讲一下这个Trie树的原理吧。

树里面有3中类型的数据结构，branch（分支）、leaf（叶子）、nub（节点）

1、branch 分支节点，比如图中的t，以它为结果的词并没有出现过，但它是to、tea等次的分支的地方，单个t的词没有出现过。

2、leaf叶子节点，比如图中的to，它下面没有子节点了，并且出现了7次。

3、nub节点，它是结余两者之间的，比如i，它独立出现了11次。

下面我们就具体说一下在hbase的工程里面它是什么样子的，下面是一个例子：

* Example inputs (numInputs=7): 
* 0: AAA 
* 1: AAA 
* 2: AAB 
* 3: AAB 
* 4: AAB 
* 5: AABQQ 
* 6: AABQQ 
* <br/><br/> 
* Resulting TokenizerNodes: 
* AA <- branch, numOccurrences=0, tokenStartOffset=0, token.length=2 
* A  <- leaf, numOccurrences=2, tokenStartOffset=2, token.length=1 
* B  <- nub, numOccurrences=3, tokenStartOffset=2, token.length=1 
* QQ <- leaf, numOccurrences=2, tokenStartOffset=3, token.length=2
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这里面3个辅助字段，numOccurrences（出现次数）、tokenStartOffset（在原词当中的位置）、token.length（词的长度）。

描述这个数据结构用了两个类Tokenizer和TokenizerNode。

　　好，我们先看一下发起点PrefixTreeCodec，这个类是继承自DataBlockEncoder接口的，DataBlockEncoder是专门负责编码压缩的，它里面的有3个重要的方法，encodeKeyValues（编码）、decodeKeyValues（反编码）、createSeeker（创建扫描器）。

因此我们先看PrefixTreeCodec里面的encodeKeyValues方法，这个是我们的入口，我们发现internalEncodeKeyValues是实际编码的地方。

private void internalEncodeKeyValues(DataOutputStream encodedOutputStream, 
      ByteBuffer rawKeyValues, boolean includesMvccVersion) throws IOException { 
    rawKeyValues.rewind(); 
    PrefixTreeEncoder builder = EncoderFactory.checkOut(encodedOutputStream, includesMvccVersion);

    try{ 
      KeyValue kv; 
      while ((kv = KeyValueUtil.nextShallowCopy(rawKeyValues, includesMvccVersion)) != null) { 
        builder.write(kv); 
      } 
      builder.flush(); 
    }finally{ 
      EncoderFactory.checkIn(builder); 
    } 
}
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可以看到从rawKeyValues里面不断读取kv出来，用PrefixTreeEncoder.write方法来进行编码，最后调用flush进行输出。

我们现在就进入PrefixTreeEncoder.write的方法里面吧。

rowTokenizer.addSorted(CellUtil.fillRowRange(cell, rowRange)); 
addFamilyPart(cell); 
addQualifierPart(cell); 
addAfterRowFamilyQualifier(cell);
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这里就跳到Tokenizer.addSorted方法里面

public void addSorted(final ByteRange bytes) { 
    ++numArraysAdded; 
    //先检查最大长度，如果它是最大，改变最大长度 
    if (bytes.getLength() > maxElementLength) { 
      maxElementLength = bytes.getLength(); 
    } 
    if (root == null) { 
      // 根节点
      root = addNode(null, 1, 0, bytes, 0); 
    } else { 
      root.addSorted(bytes); 
    } 
  }
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如果root节点为空，就new一个root节点出来，有了根节点之后，就把节点添加到root节点的孩子队列里面。

下面贴一下addSorted的代码吧

public void addSorted(final ByteRange bytes) {// recursively build the tree

    /* 
     * 前缀完全匹配，子节点也不为空，取出最后一个节点，和最后一个节点也部分匹配 
     * 就添加到最后一个节点的子节点当中 
     */ 
    if (matchesToken(bytes) && CollectionUtils.notEmpty(children)) { 
      TokenizerNode lastChild = CollectionUtils.getLast(children); 
      //和最后一个节点前缀部分匹配 
      if (lastChild.partiallyMatchesToken(bytes)) { 
        lastChild.addSorted(bytes); 
        return; 
      } 
    }
//匹配长度 
    int numIdenticalTokenBytes = numIdenticalBytes(bytes);// should be <= token.length 
    //当前token的起始长度是不变的了，剩余的尾巴的其实位置 
    int tailOffset = tokenStartOffset + numIdenticalTokenBytes; 
    //尾巴的长度 
    int tailLength = bytes.getLength() - tailOffset;

    if (numIdenticalTokenBytes == token.getLength()) { 
      //和该节点完全匹配 
      if (tailLength == 0) {// identical to this node (case 1) 
        incrementNumOccurrences(1); 
      } else {
        // 加到节点的下面，作为孩子 
        int childNodeDepth = nodeDepth + 1; 
        int childTokenStartOffset = tokenStartOffset + numIdenticalTokenBytes; 
        TokenizerNode newChildNode = builder.addNode(this, childNodeDepth, childTokenStartOffset, bytes, tailOffset); 
        addChild(newChildNode); 
      } 
    } else {
      split(numIdenticalTokenBytes, bytes); 
    } 
  }
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1、我们先添加一个AAA进去，它是根节点，parent是null，深度为1，在原词中起始位置为0。

2、添加一个AAA，它首先和之前的AAA相比，完全一致，走的是incrementNumOccurrences(1)，出现次数（numOccurrences）变成2。

3、添加AAB，它和AAA相比，匹配的长度为2，尾巴长度为1，那么它走的是这条路split(numIdenticalTokenBytes, bytes)这条路径

protected void split(int numTokenBytesToRetain, final ByteRange bytes) { 
    int childNodeDepth = nodeDepth; 
    int childTokenStartOffset = tokenStartOffset + numTokenBytesToRetain;

    //create leaf AA 先创建左边的节点 
    TokenizerNode firstChild = builder.addNode(this, childNodeDepth, childTokenStartOffset, 
      token, numTokenBytesToRetain); 
    firstChild.setNumOccurrences(numOccurrences);// do before clearing this node's numOccurrences 
    //这一步很重要，更改原节点的长度，node节点记录的数据不是一个简单的byte[] 
    token.setLength(numTokenBytesToRetain);//shorten current token from BAA to B 
    numOccurrences = 0;//current node is now a branch

    moveChildrenToDifferentParent(firstChild);//point the new leaf (AA) to the new branch (B) 
    addChild(firstChild);//add the new leaf (AA) to the branch's (B's) children

    //create leaf 再创建右边的节点
    TokenizerNode secondChild = builder.addNode(this, childNodeDepth, childTokenStartOffset, 
      bytes, tokenStartOffset + numTokenBytesToRetain); 
    addChild(secondChild);//add the new leaf (00) to the branch's (B's) children

    // 递归增加左右子树的深度 
    firstChild.incrementNodeDepthRecursively(); 
    secondChild.incrementNodeDepthRecursively(); 
  }
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split完成的效果：

1) 子节点的tokenStartOffset 等于父节点的tokenStartOffset 加上匹配的长度，这里是0+2=2

2)创建左孩子，token为A，深度为父节点一致，出现次数和父亲一样2次

3）父节点的token长度变为匹配长度2，即（AA），出现次数置为0

4）把原来节点的子节点指向左孩子

5）把左孩子的父节点指向当前节点

6）创建右孩子，token为B，深度为父节点一致

7）把右孩子的父节点指向当前节点

8）把左右孩子的深度递归增加。

4、 添加AAB，和AA完全匹配，最后一个孩子节点AAB也匹配，调用AAB节点的addSorted(bytes)，因为是完全匹配，所以和第二步一样，B的出现次数加1

5、添加AABQQ，和AA完全匹配，最后一个孩子节点AAB也匹配，调用AAB节点的addSorted(bytes), 成为AAB的孩子

先走的这段代码，走进递归

if (matchesToken(bytes) && CollectionUtils.notEmpty(children)) { 
      TokenizerNode lastChild = CollectionUtils.getLast(children); 
      //和最后一个节点前缀部分匹配 
      if (lastChild.partiallyMatchesToken(bytes)) { 
        lastChild.addSorted(bytes); 
        return; 
      } 
}
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然后再走的这段代码

int childNodeDepth = nodeDepth + 1;  
int childTokenStartOffset = tokenStartOffset + numIdenticalTokenBytes; 
TokenizerNode newChildNode = builder.addNode(this, childNodeDepth, childTokenStartOffset, 
          bytes, tailOffset); 
addChild(newChildNode);
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6、添加AABQQ，和之前的一样，这里就不重复了，增加QQ的出现次数

构建玩Trie树之后，在flush的时候还做了很多操作，为这棵树构建索引信息，方便查询，这块博主真的无能为力了，不知道怎么才能把这块讲好。

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能说说，hbase中的lsm树和这个tire树分别干啥用的吗？

能说说，hbase中的lsm树和这个Trie树分别干啥用的吗？