【原创】Key-Value小数据库tmdb发布 原理和实现

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【原创】Key-Value小数据库tmdb发布：原理和实现

Key-Value 数据库是很早起比较典型的老式数据库，从Unix早期的dbm，后来的GNU版本的gdbm，还有ndbm，sdbm, cdb 以及功能强大的Berkeley DB (BDB)、还有这两年风头很劲的qdbm，都是典型代表。实际上来说，Key-Value 数据库不是严格意义上的数据库，只是一个简单快速的数据存储功能。

tmdb 也是差不多这么一个性质Key-Value小数据存储(DBM)，设定存储数据目标量级是10W级，性能嘛也不是很好，算是一个小实验型产品。(tmdb 下载)

说说它的基本特点：

• 存储数据量级为10W，超过后性能下降的厉害
• 因为存储特点决定，更适合存储只读数据，当然，它也是可以删除和修改数据的，只是比较浪费空间
•  Key长度不能超过64个字节，数据长度不能超过65536个字节，适合存储一些小数据
• 使用的不是行级锁(Row-Level-Lock)，而且是全局锁，所以并发读写情况下，性能不是很好
• 索引文件和数据文件分离，备份情况下要全部备份
• 接口API基本是按照传统的dbm的API来设定，整个库文件较小，可直接静态编译进程序

 

简单说说大致的设计思路，设计方案基本是简单容易实现的方式来操作（主要是自己懒），大致说说实现，实现的比较糟糕，请不吝指教。

 

【 存储结构 】

索引使用的是静态索引，Hash表的长度不能动态扩容，缺省是 65535 Hash Bucket，如果冲突的情况使用开拉链法，那么如果冲突厉害，或者数据量大，自然大大增加了查找一条记录的时间，所以小数据量并且Key分布均匀下性能比较好（所有hash都是这样好不好 ^_^）。

上面特点说了，索引和数据文件是分离的，主要是为了动态扩容的时候不用做太多数据迁移和位置计算。

数据存储是单个文件，头部预留了256个字节的剩余，后面的都是用来存数据，所有数据都是 append 的方式，一个数据被删除，只在索引修改标志位，不会做实际数据迁移，也不会做空闲数据空间链表记录（偷懒啊），所以结构比较简单。

看一下索引文件的存储结构：

Index File Struct:
+-----------+----------------------+--------------+----------------+
| Header    |    Key ptr buckets   | Key Record 1 |Key Record 2 .. |
+-----------+----------------------+--------------+----------------+
  256Bytes  262144Bytes(256KB)     76Bytes          76Bytes

 

预留了 256字节的头部空间，用来后续扩展，然后是 256K 的用来存储hash桶到一条Key的指针位置(Key Record)，设定的是  65536 * 4 = 256K，所以整个索引文件不能超过2G数据文件，否则单个4字节的指针空间存储不下 (^_^)。
Key Record 是存储一个Key信息的记录，一个Key信息的结构：

 

Index key record
+-------+--------------+----------+----------+
| Flag  |    Key       | Data ptr | Next ptr |
+-------+--------------+----------+----------+
  4Bytes  64Bytes      4Bytes     4Bytes
 
Flag 4个字节是标志是否删除，或者别的。Key 是定长的 64 字节，Data Ptr 是数据指针，指到数据文件中具体Value的记录位置，也是4个字节，所以决定了数据文件大小也不能超过2G (^_^)，Next ptr 是存储同样一个Hash值下一条记录的Key记录指针 (多么简单的设计啊，就是一个内存Hash Table)。

无论Key多长，为了保证性能，都是定长方式存储，所以这个如果Key多的情况，浪费比较严重，而且实际使用中，如果数据值比较短，一般索引文件会比数据文件更大。(-_-!)

再看看数据文件的存储结构：

Data File structure:
+----------------+----------------+-----------------+
| Header         | Data Record 1  |Data Record 2..  |
+----------------+----------------+-----------------+
  256bytes     dynamics length  dynamics length

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