多核查找-顺序查找也疯狂

在去年的软件开发2.0技术大会上，我讲了一个支持动态负载均衡的多核查找设计方法。基本思想是采用数据结构分拆的方法，使用了多级的数据结构设计。下面先简要介绍一下这种多级数据结构的设计思路，然后给出一个采用数组顺序查找作为查找表实现的多级数据结构类CDHashArray。

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在CDHashArray中，对数组的插入和删除都是顺序化的操作，查找也是近似于顺序化的操作，看起来似乎会很慢。实际上对于小数组，比如只有几个或十来个数组，其效率并不慢，这使得以前在单核时代无法用于大型查找的数组顺序查找，在多核时代却可以得到很好应用前景。

二级查找结构基本思想

要了解多级数据结构设计，首先得知道基本的二级查找数据结构设计思想。

二级查找结构就是在第1级查找时找到二级子表的位置，然后在找到的二级子表中进行第二次查找来找到对应的目标数据。

典型的二级查找结构示意图如下：

图 16.2.1: 二级查找结构示意图

二级查找结构由一级查找表和二级子表构成，一个查找表中的每个节点指向一个二级查找子表。查找时，先将关键词映射成一级查找表的位置，然后将对应位置的二级子表取出，在子表中找到对应的查找目标数据。

Intel Threading Building Blocks(TBB)开源项目中，其中的concurrent_hash_map使用的就是一种最简单的二级查找结构。它使用了哈希表式的数据结构，并给哈希表的每个桶设一把锁。

对于普通的查找，这种简单的二级查找结构也许够用了，但是对于一些大型的查找，这种简单的二级查找结构并不能满足。首先的问题是如果子表数量过多，则锁的数量也非常多，锁本身需要占用大量的内存开销。

如 果子表数量过少，那么又会引起另外一个重要的问题，那就是负载平衡问题。因为这种情况中有可能各个二级子表中的数据数量相差非常大，这将导致某些子表的访 问量很少，而某些子表的访问量很大。这些访问量大的表很容易发生多个线程同时访问的情况，从而导致集中式锁竞争情况的发生。

为了解决二级查找结构中的不足，下面来看看多级查找结构的设计思想。

多级查找结构设计思想

多级查找结构是在二级查找结构的基础上设计的，当某个子表中数据个数过多时，可以将其拆分成两个或更多个子表，同时新建一个索引表来指向这几个拆分候的子表，指向原来子表的指针指向新建的索引表。

如果拆分后的子表内插入的数据过多时，可以继续将其分拆，这样一直分拆下去，将形成一个多级的查找数据结构，下图就是一个多级查找结构示意图。

本文标题：多核查找-顺序查找也疯狂
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