[发明专利]一种基于B+树的ETC收费系统用户卡状态名单存取方法

说明书

相较于内存加载结合hash表的存取方法，本发明提供的一种基于B+树的用户卡状态名单存取方式取消了hash计算操作，解决因hash碰撞造成的数据冲突。本发明引入用户卡槽的聚合模型，对相同槽下的b+树可以实现并发写入，极大地提升数据写入性能，加载完成4450万用户卡状态名单耗时仅需110秒。结合b+树的存取特性，将用户卡状态名单单条记录压缩到28字节，全量加载完仅需1.16G内存空间，有效的降低了ETC收费系统的建设成本，提升了系统的健壮性和鲁棒性。在查询效率方面，采用本发明提供的技术方案后，单记录命中耗时不到1ms，相较于hash查找算法耗时略有增加，但依然能够满足ETC收费系统的高效运作。

技术领域

本发明涉及一种数据写入和检索方法，尤其涉及一种基于B+树的高速公路用户卡状态名单存取方法，属于智能交通领域。

背景技术

自2015年9月28日，全国高速公路电子不停车收费实现全国联网，用户实现一卡畅行全国，全国31个(省)(直辖市)(自治区)，全部实现了高速公路ETC联网收费，实现全国高速公路ETC联网通行，用户在任意省份办理ETC通行卡，即可通行全国。

随着ETC卡发行量的增加，因用户注销、卡遗失、欠费停用等原因被添加用户状态的用户卡信息也随之增加。截至2022年5月，全国ETC用户卡状态名单数量已达4450万。

用户卡状态名单包含以下主要属性：

1)用户卡号：40字节长度的字符串，用于用户卡的唯一标识；

2)状态名单创建时间：时间类型，用于标识该状态名单的发布时间；

3)状态名单生效时间：时间类型，用于标识该状态名单的生效时间；

4)操作类型：整数类型，用于标识该状态名单的操作类型，如卡注销、余额不足等；

5)操作状态：整数类型，用标识该状态名单的处理状态，如进入黑名单、解除黑名单；

6)发行方：12字节长度的字符串，用于标识该用户卡所属发行单位。

在用户卡状态名单的设计中允许同一张卡存在多个状态，最终的用户状态由多个状态合并。在ETC收费系统中，为了保证车辆的快速通行，系统处理各环节的处理时效性要求极高。

目前，为了确保ETC收费系统的处理效率，用户卡状态名单采用内存加载结合hash查找的方式实现。单个用户卡状态名单存储需要使用92字节——用户卡号40字节+状态名单创建时间8字节+状态名单生效时间8字节+操作类型4字节+操作状态4字节+发行方12字节+对象描述符8字节+8字节的hash码。因此，加载4450万名单共需要3.8G内存空间。使用hash表查询算法需要计算用户卡号的hash值，对于4450万用户卡状态名单，计算hash值并加载到内存需要耗时20分钟左右。

因此，在ETC收费系统中使用内存加载结合hash查找实现用户状态存取方法存在以下弊端：

1)内存占用较大

ETC收费系统除用户卡状态名单外还存在其他需要加载到内存的运行数据，增加内存的使用会提升ETC收费系统的建设成本；同时较大的内存占用不利于软件常态化运作的管理，在运维场景下高内存的占用降低了系统的健壮性和鲁棒性。

2)hash算法存在hash碰撞，造成不同的用户卡号被计算为相同的hash值，hash碰撞的存在需要重新设计hash跳表来确保相同hash值下不同用户卡号的映射关系，提升了软件代码的复杂度，降低了系统的健壮性。

3)加载耗时需要20分钟以上的现状也对ETC收费系统快速运作、高效运转的要求带来较大的挑战。

综上所述，在用户卡状态名单存取场景下，使用内存加载结合hash表的方法很难达到满意的效果。

发明内容