B+ tree optimizations

[Lss-lmj]

1. 锁的管理优化

• 目标：提高并发性能，避免死锁，减少锁的持有时间。
• 方案详情：
  • 在 insert_entry_into_parent 函数中，创建新根节点时，先释放子节点的锁（disk_buffer_pool_->unpin_page(frame); disk_buffer_pool_->unpin_page(new_frame);），再进行根节点的加锁和更新操作。这样可以避免在创建根节点过程中长时间持有子节点的锁，提高并发性能，因为在创建新根节点时，子节点的修改已经完成，不需要再持有其锁。
  • 递归调用 insert_entry_into_parent 之前，释放当前父节点的锁（disk_buffer_pool_->unpin_page(parent_frame);）。这是因为在递归调用过程中，当前父节点的操作已经完成，不需要继续持有锁，减少锁的持有时间，提高并发性能。
  • 在 split 函数中，将新节点的初始化操作封装到 initializeNewNode 函数中，使锁的获取和节点初始化逻辑更清晰，便于维护和理解锁的使用范围。

2. 资源管理优化

• 目标：确保资源正确分配和释放，避免资源泄漏，提高资源使用效率。
• 方案详情：
  • 在 make_key 函数中，使用 auto 关键字简化 mem_pool_item_->alloc_unique_ptr() 的返回值处理。同时，添加 try-catch 块来捕获 memcpy 操作可能抛出的异常，更细致地处理内存复制过程中的错误情况。如果内存复制失败，不仅记录错误日志，还能确保函数返回 nullptr，避免返回未完全初始化的指针，防止后续使用该指针导致未定义行为。
  • 在 open 函数中，当打开文件失败时，添加更详细的错误日志（LOG_ERROR("Failed to fully open b+tree. File name: %s, Error code: %d:%s", file_name, rc, strrc(rc));），方便问题排查。同时，对于错误情况，可以根据具体需求在注释中添加更详细的错误恢复操作建议，例如清理部分已分配的资源，虽然目前只是注释，但为后续优化提供了方向。

3. 代替裸指针进行内存管理

• 目标：使用智能指针代替裸指针，简化内存管理，避免手动释放内存带来的错误，确保内存安全。
• 方案详情：在 make_key 函数中，使用 std::unique_ptr（通过 mem_pool_item_->alloc_unique_ptr() 返回）来管理动态分配的内存。std::unique_ptr 会在其生命周期结束时自动释放所管理的内存，避免了手动释放内存可能导致的内存泄漏或悬挂指针问题。通过这种方式，提高了内存管理的安全性和可靠性，减少了因内存管理不当而引入的错误。

4. insert_entry_into_leaf_node 函数性能优化

• 目标：减少节点分裂操作的性能开销，提高插入操作的整体性能。
• 方案详情：
  • 预分配逻辑：添加了节点接近满时的预分配逻辑，当 leaf_node.size() >= leaf_node.max_size() - 5 时，提前调用 split 函数分配新节点。这是因为节点分裂操作是一个相对耗时的操作，涉及到节点数据的移动和新节点的创建等复杂操作。通过提前预分配，当节点真正满时，无需立即进行分裂操作，直接将数据插入到新节点中，避免了在高并发插入场景下，节点满时才进行分裂可能导致的性能瓶颈，从而减少性能开销，提高插入操作的整体性能。
  • 减少节点满时的处理时间：预分配新节点后，在后续插入操作中，根据插入位置判断数据应插入到原节点还是新节点，减少了节点满时才进行分裂操作的等待时间，提高了插入操作的响应速度。同时，这种方式也能在一定程度上均衡节点的负载，避免某些节点频繁分裂而影响性能。

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