LevelDB 完全解析（九）：写操作

LevelDB 提供三个和写操作相关的接口：

• Put [1] ：插入/修改一条记录。

• Delete [2] ：删除一条记录。

• Write [3] ：原子地插入/修改/删除多条记录。

Put 和 Delete 都是直接调用 Write 来实现的：

• leveldb::DBImpl::Put => leveldb::DB::Put => leveldb::DBImpl::Write

• leveldb::DBImpl::Delete => leveldb::DB::Delete => leveldb::DBImpl::Write

Write 接口

leveldb::DBImpl::Write 的函数声明如下：

virtual Status Write(const WriteOptions& options, WriteBatch* updates) = 0;

• leveldb::WriteOptions [4] 是写操作的控制参数，只有一个成员变量 sync 表示是否每次写完都要将日志 flush 到外存。

• leveldb::WriteBatch [5] 表示多个 key-value 数据的操作。

Write 的实现

具体代码是 leveldb::DBImpl::Write [6] 。

1. 通过传入的参数 构造一个 Writer 对象 [7] 来表示本次写操作。Writer 的定义如下：

struct DBImpl::Writer {
  explicit Writer(port::Mutex* mu)
      : batch(nullptr), sync(false), done(false), cv(mu) {}

  Status status;              // 执行结果
  WriteBatch* batch;   // 更新的数据（1～多个 key-value）         
  bool sync;                    // 是否 flush，WriteOptions.sync
  bool done;                  // 是否已经执行
  port::CondVar cv;    // 并发控制的条件变量
};

1. 获取互斥锁，将自己放入写队列，然后等待条件变量的通知 [8] 。有两种情况可以跳出等待：1）本次写操作已由其它线程代为写入；2）本次写操作成为写队列的队首。这里涉及 LevelDB 写操作的并发控制和性能优化：由于 MemTable 和 WAL 都不支持并发写入，所以只有写队列队首的 writer 会执行真正的写入。队首的 writer 会将队列中的多个请求合并成一个请求，然后执行批量写入，并更新各个 writer 的状态。

2. 检查 writer.done [9] ，如果已经被其它线程完成写入了，直接返回结果。否则就是队首 writer 了，继续往下执行。

3. 调用 MakeRoomForWrite [10] 检查：level-0 的文件数量是否超过限制？MemTable 是否超过阈值需要切换？等等。（MakeRoomForWrite 提供一个 force 参数表示是否强制切换新 MemTable，并触发 Compaction。正常写流程 force 为 false。）MakeRoomForWrite 的详细逻辑如下：

4. 调用 BuildBatchGroup [11] 将从队首开始的连续多个符合条件的 writer 合并到 tmp_batch_。合并时主要考虑：

   1. 合并写入的数据大小，默认 max_size 是 1MB。如果第一个写请求的 size 比较小（小于128 KB, 128 << 10），则 max_size 为 size + 128 KB。这样做是为了避免数据小的请求被其它请求给拖慢了。

   2. 如果第一个写请求 sync == false，那么就不要加入 sync == true 的写请求。

5. 设置写入数据的 sequence [12] 。

6. 释放互斥锁 [13] 。这里代码保证同一时刻只有一个线程会执行写入操作。

7. 写日志 [14] （WAL） 。

8. 根据参数决定是否 sync 日志 [15] 。

9. 更新 MemTable [16] 。

10. 获取互斥锁 [17] 。

11. 如果 sync 失败，设置 bg_error_ [18] ，后续所有写入都将失败。

12. 清空临时合并的批量操作 [19] （tmp_batch_） 。

13. 更新 LastSequence [20] 。

14. 通知所有数据已经被写入的线程 [21] 。

15. 通知还在写队列排队的线程 [22] 。

小结

以上，便是 LevelDB 的写入流程。写入队列 + 合并写操作，逻辑和代码都十分简洁。比较不足的是，整个写入过程都是单线程的。

文中“蓝色字体”部分均有跳转，大部分是引用了 Github 上的源码链接，可以点击【阅读原文】查看。

参考资料