leveldb_high_level_介绍1

LevelDB是一个由Google开发的高度优化的键值对存储系统，主要设计用于在本地磁盘上存储大量数据。它特别适合那些需要快速写入和顺序读取操作的应用场景，但对随机读取性能相对较弱。LevelDB的核心特性包括支持任意字节数组作为键和值、自定义的键值排序规则、简单的API接口、数据快照功能、Snappy压缩以减少存储占用和提高I/O效率，以及对大规模数据集的支持。 在LevelDB中，数据首先存储在内存中的两个MemTable（SkipList结构）中，一个用于写入（wtable），另一个用于读取（rtable）。wtable是线程安全的，而rtable是只读的，数据会在后台异步地从wtable转储到磁盘上的SSTable文件。由于数据在写入时会先写入日志（LOG），这提供了故障恢复的保障，即使在突发停机后，也能通过日志恢复未持久化的数据。 SkipList是一种高效的数据结构，类似于平衡二叉搜索树，用于在内存中快速查找和存储键值。每个内部节点包含键、序列号和操作类型（Put或Delete）。序列号和操作类型组合成一个内部键（internal_key），采用varint编码节省存储空间。varint是一种可变长度的整数编码，可以有效地表示小数值，节省空间。 当wtable达到一定大小时，LevelDB会触发一个Minor Compaction过程，将wtable的数据写入磁盘并创建新的rtable。如果需要，Major Compaction也会执行，它会合并多层SSTable文件，确保数据在每个层级都是有序的。LevelDB使用LSM-Tree（Log-Structured Merge Tree）数据结构，其中L0层的SSTable文件可能无序，但更高层的文件是整体有序的。这种分层设计减少了随机读取时的磁盘I/O次数，提高了性能。 LevelDB的写入流程包括：当wtable达到阈值时，调度器启动异步的rtable创建；接着，数据被先写入日志，然后更新到wtable；调度器负责异步的Compaction过程，包括清理rtable并将其持久化到磁盘，释放日志空间，以及进行必要的层间数据合并。 在读取过程中，LevelDB首先检查内存中的rtable，如果找不到则会查找磁盘上的SSTable文件，通过多路归并查找算法高效地定位和读取数据。由于每次读取不会受到写操作的影响，因此LevelDB支持数据一致性快照。 尽管LevelDB具有诸多优点，但它仅限于C++编程语言，并且不提供像MySQL那样的客户端连接功能，用户需要自己构建网络服务器。此外，LevelDB是非关系型数据库，不支持SQL查询和索引，且仅允许一个进程访问同一数据库，这些限制可能会在某些场景下成为其应用的瓶颈。 LevelDB是一个适用于需要高速写入和顺序读取的场景，特别是对于那些可以接受非SQL查询和无索引的数据存储需求的项目。然而，对于需要复杂查询和并发访问的环境，可能需要考虑其他更完善的数据库解决方案。