leveldb注释7–key与value

作为一个kv的系统，key的存储至关重要。在leveldb中，主要涉及到如下几个key，user_key、InternalKey与LookupKey(memtable_key)。
其关系构成如下图。user_key就是用户输入的key，而InternalKey在user_key的基础上封装了sequence_num+type。sequence_num是一个全局递增的序列号，每一次Put操作都会递增。这样，不同时间的写入操作会得到不一样的sequence_num。前面章节中提到的sstable单条record中的key，其内部其实就是一个InternalKey。sequence_num主要跟snapshot机制与version机制相关，对压缩会产生一定影响。这些我们在后续章节分析。根据type字段，可以获知本次写入操作是写还是删除（也就是说删除是一种特殊的写）。而LookupKey/memtable_key用于在memtable中，多了一个长度字段。代码主要在dbformat.cc/.h中。

leveldb lookup key

static uint64_t PackSequenceAndType(uint64_t seq, ValueType t) {
  assert(seq <= kMaxSequenceNumber);
  assert(t <= kValueTypeForSeek);
  return (seq <<  \8) | t;
}

skiplist中的单个节点不仅存储了Key，也存储了value。格式如下图。尽管单个节点的开头部分是一个LookupKey，但其内部比较时，还是使用的InternalKey。也就是说，比较时，先使用InternalKey内部的user_key进行比较，再比较sequence_num。这样不管是memtable还是sstable文件，其内部都是按InternalKey有序的。

leveldb skiplist node

int InternalKeyComparator::Compare(const Slice& akey, const Slice& bkey) const {
  // Order by:
  //    increasing user key (according to user-supplied comparator)
  //    decreasing sequence number
  //    decreasing type (though sequence# should be enough to disambiguate)
  int r = user_comparator_->Compare(ExtractUserKey(akey), ExtractUserKey(bkey));
  if (r == 0) {
    const uint64_t anum = DecodeFixed64(akey.data() + akey.size() - 8);
    const uint64_t bnum = DecodeFixed64(bkey.data() + bkey.size() - 8);
    if (anum > bnum) {
      r = -1;
    } else if (anum < bnum) {
      r = +1;
    }
  }
  return r;
}

在进行Get操作时，leveldb会使用用户传入的user_key与当前db最大的sequence_num进行合并，以得到LookupKey（实际还会受snapshot机制影响）。但在内部查找时还是使用的InternalKey。

Put操作会稍微复杂点。leveldb的3种写入操作最终都会封装成WriteBatch。这3种写入操作分别是Put(写入单条key
/value)、Delete(删除单条key)、Write(批量进行Put与Delete操作)。WriteBath的内部格式如下图。WriteBatch所表示的多条记录最终会按SkipList所要求的格式1条条地顺序插入到memtable中。

leveldb writebatch

Status WriteBatchInternal::InsertInto(const WriteBatch* b,
                                      MemTable* memtable) {
  MemTableInserter inserter;
  // memtable 的初始sequence为WriteBatchInternal中的seq
  inserter.sequence_ = WriteBatchInternal::Sequence(b);
  inserter.mem_ = memtable;
  return b->Iterate(&inserter);
}

Status WriteBatch::Iterate(Handler* handler) const {
  Slice input(rep_);
  if (input.size() < kHeader) {
    return Status::Corruption("malformed WriteBatch (too small)");
  }
  // kHeader=12 = seq(8字节) + count(4字节)
  input.remove_prefix(kHeader);
  Slice key, value;
  int found = 0;
  while (!input.empty()) {
    found++;
    char tag = input[0];
    // type:1字节
    input.remove_prefix(1);
    switch (tag) {
      case kTypeValue:
        if (GetLengthPrefixedSlice(&input, &key) &&
            GetLengthPrefixedSlice(&input, &value)) {
          handler->Put(key, value);
        } else {
          return Status::Corruption("bad WriteBatch Put");
        }
        break;
      case kTypeDeletion:
        if (GetLengthPrefixedSlice(&input, &key)) {
          handler->Delete(key);
        } else {
          return Status::Corruption("bad WriteBatch Delete");
        }
        break;
      default:
        return Status::Corruption("unknown WriteBatch tag");
    }
  }
  if (found != WriteBatchInternal::Count(this)) {
    return Status::Corruption("WriteBatch has wrong count");
  } else {
    return Status::OK();
  }
}

关于读写压缩等对key/value的具体操作，我们在后续章节进行分析，这里只需要了解大概。