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02-utils.md

File metadata and controls

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工具类

在开始正式探究 leveldb 源码之前,我们先来介绍一下 leveldb 中几个重要的工具类。

Slice

传送门 slice.h

Slice 是 leveldb 中的字符串类型, 它有一个指针和一个 size_ 字段。通常 Slice 自己不持有内存,而是指向各类 buffer 中的数据。

Varint

编码相关的代码都在 util/coding.h 中。

Varint 是一种常用的变长整型编码方式,varint 中每个字节的最高位为 1 表示下一个字节仍有数据,0 表示已经是最后一个字节,剩下的 7 位用于存储数据。

// 编码后的数据存储在参数 dst 和返回的 ptr 两个指针中间(左闭右开,不包含 ptr 指向的字节)
char* EncodeVarint32(char* dst, uint32_t v) {
    uint8_t* ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(dst);
    static const int B = 128;  // 1000 0000
    *(ptr++) = v | B; // 最高位或1结果必为 1,其它 7 位维持原状
    *(ptr++) = (v >> 7) | B;
    *(ptr++) = (v >> 14) | B;
    *(ptr++) = v >> 21;
    return reinterpret_cast<char*>(ptr); 
}

如上图所示 1501 (10111011101) 的编码过程,先取低 7 位 1111101 最高位补 1 表示后面还有数据,从而得到第一个字节 0xfd,剩下的4位作为第二个字节 0x0b。

varint 可以缩短小整数的编码长度,但是由于一个字节只能利用 7 位对于大整数反而更浪费空间。

InternalKey

leveldb 的 MemTable 和 SSTable 内部使用的键为 InternalKey, InternalKey 由 UserKey、SequenceNumber、Type 三部分组成,其中 UserKey 即为用户输入的 key。

SequenceNumber 为一个递增的全局 uint64 序列号,用于实现多版本并发控制(MVCC)。每个写事务(WriteBatch) 都会拥有一个唯一的 SequenceNumber。读事务会先获得当前的序列号然后只读取序列号更小的键值对,这样在读事务开始后的写入便不会被看到。

Type 可能有两个枚举值: enum ValueType { kTypeDeletion = 0x0, kTypeValue = 0x1 };。 leveldb 不直接删除数据而是通过写入一条删除记录来标记某个 key 已被删除,kTypeDeletion 即表示此 key 已被删除,kTypeValue 则是正常的数据。

leveldb 的 MemTable 和 SSTable 中的键值对都是有序的,键值对的顺序由 InternalKeyComparator 进行升序排列。InternalKeyComparator 首先按照 UserKey 升序排列然后按照 SequenceNumber 降序排列,如此一来相同的 UserKey 最新的版本总是排在第一位。

Arena

传送门 arena.h / arena.cc

Arena是一种简单的内存分配器,Arena 会预先分配一大块内存,每次申请对象都从其中连续进行分配。Arena 中分配的对象不能单独释放,只能和 Arena 一起释放。

Arena 可以显著的加快内存分配速度并减少内存碎片的产生, leveldb 中的 MemTable 同样会有一个伴生的 Arena,MemTable 中的各种对象都在这个 Arena 上分配。