LevelDB 代码撸起来!

09-leveldb性能优化(三) 本文主要讲述如何设置WriteOptions参数、ReadOptions参数以及compact参数,来提升读写性能。 阅读详情

LevelDB 的大致原理已经讲完了,本节我们要亲自使用 Java 语言第三方库 leveldbjni 来实践一下 LevelDB 的各种特性。这个库使用了 Java Native Interface 计数将 C++ 实现的 LevelDB 包装成了 Java 平台 的 API。其它语言同样也是采用了类似 JNI 的技术来包装的 LevelDB。

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Maven 依赖

下载下面的依赖包地址,你就可以得到一个支持全平台的 jar 包。LevelDB 在不同的操作系统平台会编译出不同的动态链接库形式,这个 jar 包将所有平台的动态链接库都包含进来了。

<dependencies>
  <dependency>
    <groupId>org.fusesource.leveldbjni</groupId>
    <artifactId>leveldbjni-linux64</artifactId>
    <version>1.8</version>
  </dependency>
</dependencies>
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增查删 API

这个例子中我们将自动创建一个 LevelDB 数据库,然后往里面塞入 100w 条数据,再取出来,再删掉所有数据。这个例子在我的 Mac 上会运行了大约 10s 的时间。也就是说读写平均 QPS 高达 30w/s,完全可以媲美 Redis,不过这大概也是因为键值对都比较小,在实际生产环境中性能应该没有这么高,它至少应该比 Redis 稍慢一些。

import static org.fusesource.leveldbjni.JniDBFactory.factory;

import java.io.File;
import java.io.IOException;

import org.iq80.leveldb.DB;
import org.iq80.leveldb.Options;

public class Sample {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Options options = new Options();
        options.createIfMissing(true);
        DB db = factory.open(new File("/tmp/lvltest"), options);
        try {
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                byte[] key = new String("key" + i).getBytes();
                byte[] value = new String("value" + i).getBytes();
                db.put(key, value);
            }
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                byte[] key = new String("key" + i).getBytes();
                byte[] value = db.get(key);
                String targetValue = "value" + i;
                if (!new String(value).equals(targetValue)) {
                    System.out.println("something wrong!");
                }
            }
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                byte[] key = new String("key" + i).getBytes();
                db.delete(key);
            }
        } finally {
            db.close();
        }
    }
}

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将这个目录里面的文件全部删掉,这个库就彻底清空了。

也许你会想到上面的例子中不是所有的数据最终都被删除了么,怎么还会有如此多的 sst 数据文件呢?这是因为 LevelDB 的删除操作并不是真的立即删除键值对,而是将删除操作转换成了更新操作写进去了一个特殊的键值对,这个键值对的值部分是一个特殊的删除标记。

待 LevelDB 在某种条件下触发数据合并(compact)时才会真的删除相应的键值对。

数据合并

LevelDB 提供了数据合并的手动调用 API,下面我们手动整理一下,看看整理后会发生什么

public void compactRange(byte[] begin, byte[] end)

public static void main(String[] args) throws IOException {
    Options options = new Options();
    options.createIfMissing(true);
    DB db = factory.open(new File("/tmp/lvltest"), options);
    try {
        db.compactRange(null, null);
    } finally {
        db.close();
    }
}

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如果我们没有手工调用数据整理 API,LevelDB 内部也有一定的策略来定期整理。

读性能

如果我们将上面的代码加上时间打点,观察读写性能差异,你会发现一个有趣的现象,那就是写性能比读性能还要好,虽然本例中所有的读操作都是命中的。

put: 3150ms
get: 4128ms
delete: 1983ms

下面我们将读操作改成随机读,就会发现读写性能发生很大的差别

for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    int index = ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000000);
    byte[] key = new String("key" + index).getBytes();
    db.get(key);
}

--------
put: 3094ms
get: 9781ms
delete: 1969ms

// 设置 100M 的块缓存
options.cacheSize(100 * 1024 * 1024);

------------
put: 2877ms
get: 4758ms
delete: 1981ms

同步 vs 异步

上一节我们提到 LevelDB 还提供了同步写的 API,确保操作日志落地后才 put 方法才返回。它的性能会明显弱于普通写操作,下面我们来对比一下两者的性能差异。

public static void main(String[] args) throws IOException {
    long start = System.currentTimeMillis();
    Options options = new Options();
    options.createIfMissing(true);
    DB db = factory.open(new File("/tmp/lvltest"), options);
    try {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            byte[] key = new String("key" + i).getBytes();
            byte[] value = new String("value" + i).getBytes();
            WriteOptions wo = new WriteOptions();
            wo.sync(true);
            db.put(key, value, wo);
        }
    } finally {
        db.close();
    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end - start);
}

WriteOptions wo = new WriteOptions();
wo.sync(i % 100 == 0);

普通写 VS 批量写

LevelDB 提供了批量写操作,它会不会类似于 Redis 的管道可以加快指令的运行呢,下面我们来尝试使用 WriteBatch,对比一下普通的写操作,看看性能差距有多大。

public static void main(String[] args) throws IOException {
    long start = System.currentTimeMillis();
    Options options = new Options();
    options.createIfMissing(true);
    DB db = factory.open(new File("/tmp/lvltest"), options);
    try {
        WriteBatch batch = db.createWriteBatch();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            byte[] key = new String("key" + i).getBytes();
            byte[] value = new String("value" + i).getBytes();
            batch.put(key, value);
            if (i % 100 == 0) {
                db.write(batch);
                batch.close();
                batch = db.createWriteBatch();
            }
        }
        db.write(batch);
        batch.close();
    } finally {
        db.close();
    }

 long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end - start);
}

那为什么批量写还是会比普通写快一点呢?要回答这个问题就需要追踪 LevelDB 的源码,还在这部分逻辑比较简单,大家应该都可以理解,所以这里就直接贴出来了。

Status DB::Put(WriteOptions& opt, Slice& key, Slice& value) {
  WriteBatch batch;
  batch.Put(key, value);
  return Write(opt, &batch);
}

我们再继续追踪 WriteBatch 的源码我发现每一个批量写操作都需要使用互斥锁。当批次 N 值比较大时,相当于加锁的平均次数减少了,于是整体性能就提升了。但是也不会提升太多,因为加锁本身的损耗占比开销也不是特别大。这也意味着在多线程场合,写操作性能会下降,因为锁之间的竞争将导致内耗增加。

为什么说批量写可以保证内部一系列操作的原子性呢,就是因为这个互斥锁的保护让写操作单线程化了。因为这个粗粒度锁的存在,LevelDB 写操作的性能被大大限制了。这也成了后来居上的 RocksDB 重点优化的方向。

快照和遍历

LevelDB 提供了快照读功能可以保证同一个快照内同一个 Key 读到的数据保持一致,避免「不可重复读」的发生。下面我们使用快照来尝试一下遍历操作,在遍历的过程中顺便还修改对应 Key 的值,看看快照读是否可以隔离写操作。

public static void main(String[] args) throws IOException {
    Options options = new Options();
    options.createIfMissing(true);
    DB db = factory.open(new File("/tmp/lvltest"), options);
    try {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            String padding = String.format("%04d", i);
            byte[] key = new String("key" + padding).getBytes();
            byte[] value = new String("value" + padding).getBytes();
            db.put(key, value);
        }

        Snapshot ss = db.getSnapshot();
        // 扫描
        scan(db, ss);
        // 修改
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            String padding = String.format("%04d", i);
            byte[] key = new String("key" + padding).getBytes();
            byte[] value = new String("!value" + padding).getBytes(); // 修改
            db.put(key, value);
        }
        // 再扫描
        scan(db, ss);
        ss.close();
    } finally {
        db.close();
    }
}

private static void scan(DB db, Snapshot ss) throws IOException {
    ReadOptions ro = new ReadOptions();
    ro.snapshot(ss);
    DBIterator it = db.iterator(ro);
    int k = 0;
    // it.seek(someKey); // 从指定位置开始遍历
    it.seekToFirst(); // 从头开始遍历
    while (it.hasNext()) {
        Entry<byte[], byte[]> entry = it.next();
        String key = new String(entry.getKey());
        String value = new String(entry.getValue());
        String padding = String.format("%04d", k);
        String targetKey = new String("key" + padding);
        String targetVal = new String("value" + padding);
        if (!targetKey.equals(key) || !targetVal.equals(value)) {
            System.out.printf("something wrong");
        }
        k++;
    }

    System.out.printf("total %d\n", k);
    it.close();
}
--------------------
total 10000
total 10000

快照的原理其实非常简单,简单到让人怀疑人生。对于库中的每一个键值对,它会因为修改操作而存在多个值的版本。在数据库文件内容合并之前,同一个 Key 可能会存在于多个文件中,每个文件中的值版本不一样。这个版本号是由数据库唯一的全局自增计数值标记的。快照会记录当前的计数值,在当前快照里读取的数据都需要和快照的计数值比对,只有小于这个计数值才是有效的数据版本。

既然同一个 Key 存在多个版本的数据,对于同一个 Key,遍历操作是如何避免重复的呢?关于这个问题我们后续再深入探讨。

布隆过滤器

leveldbjni 没有封装 LevelDB 提供的布隆过滤器功能。所以为了尝试布隆过滤器的效果,我们需要试试其它语言,这里我使用 Go 语言的 levigo 库。

// 安装 leveldb和snappy库
$ brew install leveldb
// 再安装 levigo
$ go get github.com/jmhodges/levigo

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"

    "github.com/jmhodges/levigo"
)

func main() {
    options := levigo.NewOptions()
    options.SetCreateIfMissing(true)
    // 每个 key 占用 10个bit
    // options.SetFilterPolicy(levigo.NewBloomFilter(10))

    db, _ := levigo.Open("/tmp/lvltest", options)
    start := time.Now().UnixNano()
    for i := 0; i < 10000000; i++ {
        key := []byte(fmt.Sprintf("key%d", i*2))
        value := []byte(fmt.Sprintf("value%d", i*2))
        wo := levigo.NewWriteOptions()
        db.Put(wo, key, value)
    }
    duration := time.Now().UnixNano() - start
    fmt.Println("put:", duration/1e6, "ms")
    start = time.Now().UnixNano()
    for i := 0; i < 10000000; i++ {
        index := rand.Intn(10000000)
        key := []byte(fmt.Sprintf("key%d", index*2+1))
        ro := levigo.NewReadOptions()
        db.Get(ro, key)
    }
    duration = time.Now().UnixNano() - start
    fmt.Println("get:", duration/1e6, "ms")
    start = time.Now().UnixNano()
    for i := 0; i < 10000000; i++ {
        key := []byte(fmt.Sprintf("key%d", i*2))
        wo := levigo.NewWriteOptions()
        db.Delete(wo, key)
    }
    duration = time.Now().UnixNano() - start
    fmt.Println("get:", duration/1e6, "ms")
}

-----------
put: 61054ms
get: 104942ms
get: 47269ms

put: 57653ms
get: 36895ms
get: 57554ms

put: 57022ms
get: 37475ms
get: 58999ms

布隆过滤器在显著提升性能的同时,也是需要浪费一定的磁盘空间。LevelDB 需要将布隆过滤器的二进制数据存储到数据块中,不过布隆过滤器的空间占比相对而言不是很高,完全在可接受范围之内。

压缩

LevelDB 的压缩算法采用 Snappy,这个算法解压缩效率很高,在压缩比相差不大的情况下 CPU 消耗很低。官方不建议关闭压缩算法,不过经过我的测试发现,关闭压缩确实可以显著提升读性能。不过关闭了压缩,这也意味着你的磁盘空间要浪费好几倍,这代价也不低。

public static void main(String[] args) throws IOException {
    Options options = new Options();
    options.createIfMissing(true);
    options.compressionType(CompressionType.None);
    DB db = factory.open(new File("/tmp/lvltest"), options);
    try {
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            byte[] key = new String("key" + 2 * i).getBytes();
            byte[] value = new String("value" + 2 * i).getBytes();
            db.put(key, value);
        }
        long duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.printf("put:%dms\n", duration);
        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            int index = ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000000);
            byte[] key = new String("key" + (2 * index + 1)).getBytes();
            db.get(key);
        }
        duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.printf("get:%dms\n", duration);
        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            byte[] key = new String("key" + 2 * i).getBytes();
            db.delete(key);
        }
        duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.printf("delete:%dms\n", duration);
    } finally {
        db.close();
    }
}

----------------
put:3785ms
get:6475ms
delete:1935ms

options.compressionType(CompressionType.SNAPPY);

---------------
put:3804ms
get:11644ms
delete:2750m

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leveldb学习:测试代码 leveldb中带有了大量的测试程序,凡是文件命名中带有_test的文件都是测试代码。就我的理解,阅读测试代码非常要,因为作为一个库,leveldb并不带有main函数,这也不利于我们理解leveldb的结构和流程,而测试代码相当程度上弥补了一点。并且,作为一个在校学生,我们在平时的项目中也极少考虑过写测试代码,今天我就抛砖引玉,以我的水平来剖析下leveldb的测试部分。 leveldb的测试代 阅读详情

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深度学习工具包 DeepLearningToolbox

深度学习工具包Deprecation notice.-----This toolbox is outdated and no longer maintained.There are much better tools available for deep learning than this toolbox, e.g. [Theano](http://deeplearning.net/software/theano/), [torch](http://torch.ch/) or [tensorflow](http://www.tensorflow.org/)I would suggest you use one of the tools mentioned above rather than use this toolbox.Best, Rasmus.DeepLearnToolbox================A Matlab toolbox for Deep Learning.Deep Learning is a new subfield of machine learning that focuses on learning deep hierarchical models of data.It is inspired by the human brain's apparent deep (layered, hierarchical) architecture.A good overview of the theory of Deep Learning theory is[Learning Deep Architectures for AI](http://www.iro.umontreal.ca/~bengioy/papers/ftml_book.pdf)For a more informal introduction, see the following videos by Geoffrey Hinton and Andrew Ng.* [The Next Generation of Neural Networks](http://www.youtube.com/watch?v=AyzOUbkUf3M) (Hinton, 2007)* [Recent Developments in Deep Learning](http://www.youtube.com/watch?v=VdIURAu1-aU) (Hinton, 2010)* [Unsupervised Feature Learning and Deep Learning](http://www.youtube.com/watch?v=ZmNOAtZIgIk) (Ng, 2011)If you use this toolbox in your research please cite [Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data](http://www2.imm.dtu.dk/pubdb/views/publication_details.php?id=6284)```@MASTERSTHESIS\{IMM2012-06284, author = "R. B. Palm", title = "Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data", year = "2012",}```Contact: rasmusbergpalm at gmail dot comDirectories included in the toolbox-----------------------------------`NN/` - A library for Feedforward Backpropagation Neural Networks`CNN/` - A library for Convolutional Neural Networks`DBN/` - A library for Deep Belief Networks`SAE/` - A library for Stacked Auto-Encoders`CAE/` - A library for Convolutional Auto-Encoders`util/` - Utility functions used by the libraries`data/` - Data used by the examples`tests/` - unit tests to verify toolbox is workingFor references on each library check REFS.mdSetup-----1. Download.2. addpath(genpath('DeepLearnToolbox'));Example: Deep Belief Network---------------------```matlabfunction test_example_DBNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit RBM and visualize its weightsrand('state',0)dbn.sizes = [100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);figure; visualize(dbn.rbm{1}.W'); % Visualize the RBM weights%% ex2 train a 100-100 hidden unit DBN and use its weights to initialize a NNrand('state',0)%train dbndbn.sizes = [100 100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);%unfold dbn to nnnn = dbnunfoldtonn(dbn, 10);nn.activation_function = 'sigm';%train nnopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.10, 'Too big error');```Example: Stacked Auto-Encoders---------------------```matlabfunction test_example_SAEload mnist_uint8;train_x = double(train_x)/255;test_x = double(test_x)/255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit SDAE and use it to initialize a FFNN% Setup and train a stacked denoising autoencoder (SDAE)rand('state',0)sae = saesetup([784 100]);sae.ae{1}.activation_function = 'sigm';sae.ae{1}.learningRate = 1;sae.ae{1}.inputZeroMaskedFraction = 0.5;opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;sae = saetrain(sae, train_x, opts);visualize(sae.ae{1}.W{1}(:,2:end)')% Use the SDAE to initialize a FFNNnn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm';nn.learningRate = 1;nn.W{1} = sae.ae{1}.W{1};% Train the FFNNopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.16, 'Too big error');```Example: Convolutional Neural Nets---------------------```matlabfunction test_example_CNNload mnist_uint8;train_x = double(reshape(train_x',28,28,60000))/255;test_x = double(reshape(test_x',28,28,10000))/255;train_y = double(train_y');test_y = double(test_y');%% ex1 Train a 6c-2s-12c-2s Convolutional neural network %will run 1 epoch in about 200 second and get around 11% error. %With 100 epochs you'll get around 1.2% errorrand('state',0)cnn.layers = { struct('type', 'i') %input layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 6, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %sub sampling layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 12, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %subsampling layer};cnn = cnnsetup(cnn, train_x, train_y);opts.alpha = 1;opts.batchsize = 50;opts.numepochs = 1;cnn = cnntrain(cnn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = cnntest(cnn, test_x, test_y);%plot mean squared errorfigure; plot(cnn.rL);assert(er<0.12, 'Too big error');```Example: Neural Networks---------------------```matlabfunction test_example_NNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);% normalize[train_x, mu, sigma] = zscore(train_x);test_x = normalize(test_x, mu, sigma);%% ex1 vanilla neural netrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samples[nn, L] = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.08, 'Too big error');%% ex2 neural net with L2 weight decayrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.weightPenaltyL2 = 1e-4; % L2 weight decayopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex3 neural net with dropoutrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.dropoutFraction = 0.5; % Dropout fraction opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex4 neural net with sigmoid activation functionrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm'; % Sigmoid activation functionnn.learningRate = 1; % Sigm require a lower learning rateopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex5 plotting functionalityrand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]);opts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through datann.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex6 neural net with sigmoid activation and plotting of validation and training error% split training data into training and validation datavx = train_x(1:10000,:);tx = train_x(10001:end,:);vy = train_y(1:10000,:);ty = train_y(10001:end,:);rand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]); nn.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, tx, ty, opts, vx, vy); % nntrain takes validation set as last two arguments (optionally)[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');```[![Bitdeli Badge](https://d2weczhvl823v0.cloudfront.net/rasmusbergpalm/deeplearntoolbox/trend.png)](https://bitdeli.com/free "Bitdeli Badge")

leveldb android,VS2017编译LevelDB

环境:操作系统:Win7 x64编译器:VS2017需要Boost库支持,需要先将Boost库编译成为64位版本。一、项目文件导入1. 下载leveldb-windows,https://codeload.github.com/google/leveldb/zip/windows2. 打开VS2017 File->New->Project From Existing Code项目创建...

weixin_29000891的博客 706

Outlook Express 6 (OE6) for Win7/Win8/Win10

英文版 Outlook Express6.0, 兼容Win7/Win10/WinXP,解压就可用。

深入leveldb-初步认识leveldb

文章参考http://blog.chinaunix.net/uid-26575352-id-3245476.html1. leveldb简介    leveldb是google两位工程师实现的单机版k-v存储系统,具有以下几个特点    1. key和value都是任意的字节数组,支持内存和持久化存储    2. 数据都是按照key排序    3. 用户可以重写排序函数    4. 包含基本的数据

藏经阁 | 玄苦 7278

LevelDB使用入门

1,下载levelDB源码 git clone https://github.com/google/leveldb.git 2,编译LevelDB cd leveldb & make all 编译完成之后在当前目录多了两个目录:out-shared和out-static 在out-static目录下有我们需要的libleveldb.a 3,在当前目录新建文件夹test

ZkvIA的博客 1万+

leveldb源码分析一一visual studio创建工程加载google leveldb

一、下载leveldb源码 从github上下载windows版本的leveldb源码:https://github.com/google/leveldb/tree/windows 下载完后,解压目录如下所示: 二、安装boost库 由于leveldb使用了boost库的依赖,所以需要下载相应的boost库,我下载的是最新的1.66版本,下载链接如下: https://sourcef...

xuanyin235的专栏 1221
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码洞
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