\section{非破壊的木構造データベースJungle}
Jungleは、当研究室が開発を行っているデータベースで、Javaを用いて実装されている。

Jungleは名前付きの複数の木の集合からなり、木は複数のノードの集合で出来ている。
ノードは自身の子のリストと属性名と属性値の組でデータを持ち、データベースのレコードに相当する。
通常のレコードと異なるのは、ノードに子供となる複数のノードが付くところである。
Jungleでは、親から子への片方向の参照しか持たない。


Jungleは、データの編集を一度生成した木を上書きせず、ルートから編集を行うノードまでコピーを行い新しく木構造を構築し、そのルートをアトミックに入れ替えることで行う(図\ref{nonDestractTreeEdit})。
その際、編集に関係ないノードは参照を行い、複製元の木と共有する(図\ref{nonDestractTreeEdit}の例ではノードB D Eは編集に関係ないためノードAから参照を行い、過去の木と共有を行っている)。
これを非破壊的木構造と呼ぶ。非破壊木構造は新しい木を構築している時にも、現在の木を安全に読み出せるという特徴がある。
しかし、書き込み時の手間は大きくなる。



\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[height = 2.5cm , bb=0 0 511 188]{images/nonDestractTreeEdit.pdf}
\caption{非破壊的木構造の木の編集}
\label{nonDestractTreeEdit}
\end{center}
\end{figure}

\newpage
通常のRDBと異なり、Jungleは木構造をそのまま読み込むことができる。例えば、XMLやJsonで記述された構造を、データベースを設計することなく読み込むことが可能である。
この木を、そのままデータベースとして使用することも可能である。しかし、木の変更の手間は木の構造に依存する。
%特に非破壊木構造を採用しているJungleでは木構造の変更にo(1)からo(n)の様々な選択肢がある。つまり、アプリケーションに合わせて木を設計しない限り、
特に非破壊木構造を採用しているJungleでは、木構造の変更の手間はO(1)からO(n)となりえる。つまり、アプリケーションに合わせて木を設計しない限り、
十分な性能を出すことはできない。逆に、正しい木の設計を行えば高速な処理が可能である。

Jungleは基本的にon memoryで使用することを考えており、一度、木のルートを取得すれば、その上で木構造として自由にアクセスして良い。
Jungleは分散データベースを構成するように設計されており、分散ノード間の通信は木の変更のログを交換することによって行われる。
持続性のある分散ノードを用いることでJungleの持続性を保証することができる。本論文では分散実装部分ではなく on memory DBの
部分について考察する。

\subsection{木の生成}
初めにJungleにおける木の生成について述べる。
Jungleは複数の木を、名前を利用して管理しており、名前を利用することで作成・編集・削除を行う。
以下にJungleクラスが提供している木の生成・管理を行うAPI(表\ref{jungleAPI})を記す。
\begin{table}[htb]
\begin{center}
\caption{Jungleに実装されているAPI}
\begin{tabular}{|p{12em}|p{12em}|}        \hline
{\tt JungleTree  createNewTree(String treeName) } & Jungleに新しく木を生成する。木の名前が重複した場合、生成に失敗しnullを返す。     \\ \hline
{\tt JungleTree getTreeByName(String treeName)}   & JungleからtreeNameと名前が一致するtreeを取得する。名前が一致するTreeがない場合取得は失敗しnullを返す       \\ \hline
\end{tabular}
\label{jungleAPI}
\end{center}
\end{table}

\newpage
\subsection{TreeNode}
Jungleが保持している木は、複数のノードの集合で出来ている。
ノードは、自身の子のListと属性名と属性値の組でデータを持つ。
ノードに対するアクセスは、表\ref{TreeNodeAPI}に記述されているAPIを用いて行われる。

\begin{table}[htb]
\begin{center}
\caption{TreeNodeに実装されているAPI}
\begin{tabular}{|p{8em}|p{14em}|}                                  \hline
{\tt Children getChildren()} & ノードの子供を扱うChildrenオブジェクトを返す。\\ \hline
{\tt Attribute getAttribute()} &ノードが保持しているデータを扱うAttribteオブジェクトを返す。    \\ \hline
\end{tabular}
\label{TreeNodeAPI}
\end{center}
\end{table}

Childrenクラスは表\ref{Children}に記述されたAPIを、Attributeクラスは表\ref{Attribute}に記述されたAPIを提供する。
これらを利用しノードの子供や、保持する値にアクセスする。
\begin{table}[htbH]
\begin{center}
\caption{Childrenに実装されているAPI}
\begin{tabular}{|p{8em}|p{14em}|}                                  \hline
{\tt int size()}  &  子供の数を返す。\\ \hline
{\tt <Either Error,TreeNode> at(int num)} &ノードが持つ子供の中から、 変数{\tt num}で指定された位置にある子ノードを返す。   \\ \hline
\end{tabular}
\label{Children}
\end{center}
\end{table}


関数{\tt children.at(int num)}が返す{\tt Either\textless Error,TreeNode\textgreater} オブジェクトは、{\tt isA() }で{\tt Error}かどうかをチェックすることができる。
{\tt Error}でない場合は{\tt b()}で{\tt TreeNode}オブジェクトを取り出すことができる。


\begin{table}[htbH]
\begin{center}
\caption{Attributeに実装されているAPI}
\begin{tabular}{|p{10em}|p{12em}|} \hline
{\tt ByteBuffer get(String key)}   &ノードが持つ値から、属性名 {\tt key}とペアの属性値を{\tt ByteBuffer}型で返す。 \\ \hline
{\tt String getString(String key)} &ノードが持つ値から、属性名 {\tt key} とペアの属性値を{\tt String}型で返す。 \\ \hline
\end{tabular}
\label{Attribute}
\end{center}
\end{table}

 \newpage
以下にルートノードの2番目の子供から、属性名 {\tt name}とペアになっている属性値を取得するサンプルコードを記述する。
\begin{lstlisting}[frame=lrbt,numbers=left,label=getAttributeCode]
JungleTree tree = jungle.getTreeByName("TreeName");
TreeNode root = tree.getRootNode();
Children children = root.getChildren();
Either<Error,TreeNode> either = children.at(2);
if (either.isA()) 
    throw new IOException();
TreeNode child = either.b();
Attribute attribute = child.getAttribute();
String value = attribute.getString("name");
\end{lstlisting}

\begin{enumerate}
\item Jungleから名前を指定して木を取得する。 
\item 取得した木のルートノードを取得する。
\item 木のルートノードから{\tt Children}型の子ノードを取得する。
\item 変数{\tt children}から2番目の子供を取得する。
\item 2番目の子供が取得できたかを調べる。
\item 取得できていなかった場合{\tt Exception}を投げる。
\item 取得に成功していた場合、{\tt either}から子ノードを受け取る。
\item 取得した子ノードから{\tt Attribute}クラスを取得する。
\item 取得した{\tt attribute}から属性名 {\tt name}がペアの値を取得する。
\end{enumerate}


\subsection{NodePath}
Jungleでは、木のノードの位置を{\tt NodePath}クラスを使って表す。
{\tt NodePath}クラスはルートノードからスタートし、対象のノードまでの経路を、数字を用いて指し示すことで対象のノードの場所を表す。また、ルートノードは例外として-1と表記される。
{\tt NodePath}クラスが{\tt < -1,1,2,3>} を表している際の例を図\ref{NodePath}に記す。
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[height = 6cm , bb=0 0 568 455]{images/nodePath.pdf}
\caption{NodePath}
\label{NodePath}
\end{center}
\end{figure}



\newpage

\subsection{木の編集API}
Jungleの木の編集は{\tt JungleTreeEditor}クラスを用いて行われる。
{\tt JungleTreeEditor}クラスには編集を行うために、表\ref{editor}で定義されているAPIが実装されている。

\begin{table}[htb]
\begin{center}
\caption{Editorに実装されているAPI}
\begin{tabular}{|p{8em}|p{14em}|}        \hline
{\tt Either<Error, JungleTreeEditor> addNewChildAt( NodePath path,  int pos)} &
変数{\tt path}で指定した場所にある、ノードの子供の変数{\tt pos}で指定した位置子ノードを追加する\\ \hline
{\tt Either<Error, JungleTreeEditor> deleteChildAt( NodePath path,int pos)}      &
変数{\tt path}で指定した場所にある、ノードの子供の変数{\tt pos}で指定した位置の子ノードを削除する。 \\ \hline
{\tt Either<Error, JungleTreeEditor> putAttribute( NodePath path,String key,ByteBuffer value)} &
変数{\tt path}で指定した場所にあるノードに、属性名 変数{\tt key} 属性値 変数{\tt value} のペアで値を挿入する。 \\ \hline
{\tt Either< Error, JungleTreeEditor> deleteAttribute( NodePath path,String key)}&
変数{\tt path}で指定した場所にあるノードが持つ、属性名 変数{\tt key}とペアで保存されているデータを削除する。\\ \hline
{\tt Either<Error, JungleTreeEditor> moveChild( NodePath path,int num,String move)} &
変数{\tt path}で指定した場所にある、ノードの変数{\tt num}で指定された位置の子供を変数{\tt move}の方向に移動させる。 \\ \hline
{\tt Either<Error, JungleTreeEditor> pushPop()} &
ルートノードの上に新しいルートノードを追加する。線形の木を作る際に使用することで計算量をO(n)からO(1)にできる。\\ \hline
{\tt Either<Error, JungleTreeEditor> success()}  &
木へ行った変更をコミットする。自分が編集を行っていた間に、他のJungleTreeEditorクラスによって木が更新されていた場合、コミットは失敗する。 \\ \hline
\end{tabular}
\label{editor}
\end{center}
\end{table}


編集後に返される{\tt JungleTreeEditor}クラスは、編集後の木構造を保持しているため、編集前の木構造を保持している{\tt JungleTreeEditor}クラスとは別のオブジェクトである。
編集を行った後は、関数{\tt editor.success()}で今までの編集をコミットすることができる。他の{\tt JungleTreeEditor}クラスによって木が更新されていた場合はコミットは失敗し、{\tt success()}は{\tt Error}を返す。
その場合は、木の編集を最初からやり直す必要がある。

以下に{\tt JungleTreeEditor}クラスを用いて、木の編集を行うサンプルコードを記述する。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,numbers=left,label=editorCode]
JungleTreeEditor editor = tree.getTreeEditor();
DefaultNodePath editNodePath = new DefaultNodePath();
Either<Error, JungleTreeEditor> either = editor.addNewChildAt(editNodePath, 0);
if (either.isA()) 
  throw new IllegalStateException();
editor = either.b();
editor.success();
\end{lstlisting}

\begin{enumerate}
\item 関数{\tt tree.getEditor()}で編集を行う木から、{\tt JungleTreeEditor}クラスを取得する。 
\item 次に変更するノードの場所を示す、{\tt NodePath}クラスを作成する。
\item 関数{\tt editor.addNewChildAt()}を用いて、変数{\tt path}で指定したノードの子供の0番目に子ノードを追加する。
\item 返り値の変数{\tt either}が{\tt Error}クラスを保持していないか(編集に失敗していないか)を確認する。
\item {\tt Error}クラスを保持していた場合{\tt Exception}を投げる。
\item 編集に成功していた場合、編集後木を持った、{\tt JungleTreeEditor}クラスを取得する。
\item 取得した{\tt JungleTreeEditor}クラスを用いて木の変更をコミットする。
\end{enumerate}

これらのAPIにより、Jungleは木構造を格納、編集する機能を持っている。