mongodb源码分析--查询
在之前的一篇文章中，介绍了mongodb的主程序入口main()的执行流程，其实main只是实始化一些参数信息并做了些后台线程任务的启动工作（包括数据准备和恢复），并最终启动一个线程进行循环侦听。今天将会介绍在mongodb中数据查询 （find）的流程，以了解mongodb是如果对message进行拆包分析，以及数据进行表扫描及索引使用的。好了，开始今天的正文吧！
这里继续昨天的代码浏览过程，从connThread函数说起，看了上一篇文章的朋友都清楚了该函数主要工作就是不断循环获取当前客户端发来的信息（上面已封装成了message）并将其信息进行分析，并根据相应操作标志位确定当前操作是CRUD或构建索引等，如果一些正常，则向客户端发送应答信息。而如果客户端连接提交了一个查询操作（也包括CUD及其它操作）的话，那么它就会调用assembleResponse方法来进行相关操作的处理，该方法声明如下（instance.cpp第224行）：
// 直接请求包括'end'字符，则返回false
void assembleResponse( Message &m /*客户端传来的(操作)信息*/,
DbResponse &dbresponse,/*响应结构体，用于绑定要响应的数据及状态*/
const SockAddr &client ) {
// 获取操作符枚举信息
int op = m.operation();
注：枚举定义如下
enum Operations {
opReply = 1, /* reply. responseTo is set. */
dbMsg = 1000, /* generic msg command followed by a string */
dbUpdate = 2001, /* update object */
dbInsert = 2002,//dbGetByOID = 2003,
dbQuery = 2004,
dbGetMore = 2005,
dbDelete = 2006,
dbKillCursors = 2007
};
接着它会判断是否为$cmd命令，即以.$cmd为开头，形如 db.$cmd.findOne({getlasterror: 1})，并对一些特殊指令进行单独处理，包括inprog，killop，unlock。
bool isCommand = false;
const char *ns = m.singleData()->_data + 4;
if ( op == dbQuery ) {
if( strstr(ns, ".$cmd") ) {
isCommand = true;
opwrite(m);
if( strstr(ns, ".$cmd.sys.") ) {
if( strstr(ns, "$cmd.sys.inprog") ) {
inProgCmd(m, dbresponse);
return;
}
if( strstr(ns, "$cmd.sys.killop") ) {
killOp(m, dbresponse);
return;
}
if( strstr(ns, "$cmd.sys.unlock") ) {
unlockFsync(ns, m, dbresponse);
return;
}
}
}
else {
opread(m);
}
}
else if( op == dbGetMore ) {
opread(m);
}
接着就是获取当前线程连接的客户端对象，如下：
Client& c = cc();
该方法实现代码如下：
/** get the Client object for this thread. */
inline Client& cc() {
Client * c = currentClient.get();
assert( c );
return *c;
}
其主要用内联函数方式获取当前客户端操作的线程信息，而该线程默认就是上一篇文章中所创建的那个：
Client::initThread("initandlisten");
因为mongodb会为每一个客户端DB操作创建一个线程 Client对象，我个人把它理解为服务端持有的对应（每）客户端的操作对象。其主体函数如下：
boost::thread_specific_ptr currentClient; //thread_specific_ptr对象为每个线程保持一个指针，每个线程都应该new出一个对 象交给thread_specific_ptr，当线程终结时，该对象释放。
/* each thread which does db operations has a Client object in TLS.
call this when your thread starts.
*/
Client& Client::initThread(const char *desc, MessagingPort *mp) {
assert( currentClient.get() == 0 );
Client *c = new Client(desc, mp);
currentClient.reset(c);
mongo::lastError.initThread();
return *c;
}
我们再回到assembleResponse函数，接下来的代码就是使用CurOp（一个提供了内部锁机制来保存当前客户端操作状态的对象）来把当前Client对象及相应操作（CRUD等）封装于其中，这样当以访问该对象进行原子操作时（Atomic）就可以通过其内置支持多线程并发访问和锁保护了。
CurOp* currentOpP = c.curop();
......
CurOp& currentOp = *currentOpP;
currentOp.reset(client,op);
OpDebug& debug = currentOp.debug();
StringBuilder& ss = debug.str;
ss _data + 4;
char cl;
nsToDatabase(ns, cl);
//进行权限认证
if( ! c.getAuthenticationInfo()->isAuthorized(cl) ) {
uassert_nothrow("unauthorized");
}
else {
try {
if ( op == dbInsert ) {//添加记录操作
receivedInsert(m, currentOp);
}
else if ( op == dbUpdate ) { //更新记录
receivedUpdate(m, currentOp);
}
else if ( op == dbDelete ) { //删除记录
receivedDelete(m, currentOp);
}
else if ( op == dbKillCursors ) { //删除Cursors（游标）对象
currentOp.ensureStarted();
logThreshold = 10;
ss setResultFlagsToOk();
qr->len = bb.len();
ss cursorId = 0;
qr->startingFrom = 0;
qr->nReturned = 1;
result.setData( qr.release(), true );
}
else {
uasserted(13530, "bad or malformed command request?");
}
return 0;
}
/* 普通查询分支（非指令式操作，也就是我们用c#客户端链接查询方式）*/
......
BSONObj order = pq.getOrder();
BSONObj query = pq.getFilter();
/* 对查询对象大小进行判断，过滤错误的查询对象（为0）*/
if ( query.objsize() == 0 ) {
out() setResultFlagsToOk();
// qr->len is updated automatically by appendData()
ss setOperation(opReply);
qr->startingFrom = 0;
qr->nReturned = n;
/*查询耗时统计*/
int duration = curop.elapsedMillis();
bool dbprofile = curop.shouldDBProfile( duration );
if ( dbprofile || duration >= cmdLine.slowMS ) {
ss qp().willScanTable() ) {/*设置表扫描标识*/
_tableScanned = true;
}
//pop出or谓词/子句
_fros.popOrClause( ret->qp().indexed() ? ret->qp().indexKey() : BSONObj() );
return ret;
}
上面方面最终都是调用 _currentQps->runOp( op )来执行查询操作，下面就是方法的代码：
shared_ptr< QueryOp > QueryPlanSet::runOp( QueryOp &op ) {
if ( _usingPrerecordedPlan ) { /*该变量貌似“是否使用预先记录的计划”，也就是索引*/
Runner r( *this, op );
shared_ptr< QueryOp > res = r.run();
......
}
Runner r( *this, op );
return r.run();
}
上面代码主要是定义声明Runner实例并运行它，Runner本身为strcut类型，主要是用于对执行步骤进行封装（形成依次执行的操作流），这里不再多述了。下面是其r.run()方法的定义：
shared_ptr< QueryOp > QueryPlanSet::Runner::run() {
......
for( vector< shared_ptr< QueryOp > >::iterator i = ops.begin(); i != ops.end(); ++i ) {
initOp( **i ); //初始化操作，声明如下
if ( (*i)->complete() )
return *i;
}
......
}
void QueryPlanSet::Runner::initOp( QueryOp &op ) {
GUARD_OP_EXCEPTION( op, op.init() );
}
上面op.init操作主要最终会执行下面方法（位于query.cpp 662行), 该方法会用查询条件构造一个游标，该游标记录着遍历数据集方式，查询起始位置等信息等
virtual void _init() {
......
_c = qp().newCursor( DiskLoc() , _pq.getNumToReturn() + _pq.getSkip() );/*构造*/
_capped = _c->capped();
// setup check for if we can only use index to extract
if ( _c->modifiedKeys() == false && _c->isMultiKey() == false && _pq.getFields() ) {
_keyFieldsOnly.reset( _pq.getFields()->checkKey( _c->indexKeyPattern() ) );
}
}
......
}
下面是其函数的代码（queryoptimizer.cpp 168 行）：
shared_ptr QueryPlan::newCursor( const DiskLoc &startLoc , int numWanted ) const {
.....
if ( !_index ) { //非索引扫描
if ( _fbs.nNontrivialRanges() )
checkTableScanAllowed( _fbs.ns() );
return findTableScan( _fbs.ns(), _order, startLoc ); /*进行表扫描*/
}
.....
}
findTableScan方法（pdfile.cpp 687行）即开始表扫描指定磁盘位置信息，并根据相关条件指定相应类型的游标信息。
shared_ptr findTableScan(const char *ns, const BSONObj& order, const DiskLoc &startLoc) {
BSONElement el = order.getField("$natural"); // e.g., { $natural : -1 }
if ( el.number() >= 0 )
return DataFileMgr::findAll(ns, startLoc);/*startLoc开始位置*/
......
}
返回的游标类型为Cursor，但findAll方法里构造的是BasicCursor，相应代码(pdfile.cpp 639行):
shared_ptr DataFileMgr::findAll(const char *ns, const DiskLoc &startLoc) {
NamespaceDetails * d = nsdetails( ns );
if ( ! d )
return shared_ptr(new BasicCursor(DiskLoc()));
.....
return shared_ptr(new BasicCursor( e->firstRecord ));
}
BasicCursor构造函数比较有意思，其引入了AdvanceStrategy对象指针，这个策略指针定义访问物理磁盘文件的方式，其操作单元是DiskLoc（DiskLoc实例对象实际是一个双向链接）,访问方法虽然只有next一种，但mongodb却用它实现了向前和后转两种访问方式（详情参见cursor.cpp），如下：
BasicCursor(DiskLoc dl, const AdvanceStrategy *_s = forward()) : curr(dl), s( _s ), _nscanned() {
incNscanned();
init();
}
/* these will be used outside of mutexes - really functors - thus the const */
class Forward : public AdvanceStrategy {
virtual DiskLoc next( const DiskLoc &prev ) const {
return prev.rec()->getNext( prev );
}
} _forward;
class Reverse : public AdvanceStrategy {
virtual DiskLoc next( const DiskLoc &prev ) const {
return prev.rec()->getPrev( prev );
}
} _reverse;
上面的 prev.rec()方法调用最终会执行下面函数调用流程：
//pdfile.h
inline Record* DiskLoc::rec() const {
return DataFileMgr::getRecord(*this);
}
inline Record* DataFileMgr::getRecord(const DiskLoc& dl) {
assert( dl.a() != -1 );
return cc().database()->getFile(dl.a())->recordAt(dl);
}
而最后“cc().database()->getFile(dl.a())->recordAt(dl)”方法会最终从数据库文件 mongodfile中获取记录信息（详见database.cpp）：
//pdfile.h
inline Record* MongoDataFile::recordAt(DiskLoc dl) {
int ofs = dl.getOfs();
if( ofs < DataFileHeader::HeaderSize ) badOfs(ofs); // will uassert - external call to keep out of the normal code path
return (Record*) (p()+ofs);
}
兜了一大圈，头都快大了，不是吗？呵呵。另外Record，DiskLoc这两个与数据访问/存储相关类以后会抽时间介绍。
好了，今天的内容到这里就告一段落了，在接下来的文章中，将会介绍客户端发起Insert操作时，Mongodb的执行流程和B树的相应部分实现。
原文链接:http://www.iyunv.com/daizhj/archive/2011/03/18/1988288.html
作者: daizhj, 代震军
微博: http://t.sina.com.cn/daizhj
Tags: mongodb,c++,source code
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