boltdb source code analysis
BoltDB是一款轻量级、嵌入式的键值对数据库,主要应用于Go语言环境。它的设计灵感来自于Berkeley DB,但简化了许多复杂性,提供更简单的API和更易理解的源码。在深入源码解析之前,我们先来了解一下BoltDB的核心概念和基本操作。
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BoltDB的基本操作:
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bolt.Open
: 这是启动BoltDB的主要入口,用于打开或创建数据库文件。它涉及到打开文件、获取文件锁、检查文件状态以及将文件内容映射到内存中。 -
db.Update
: 用于开始一个读写事务。事务内部的操作要么全部成功,要么全部回滚。在这个函数中,你可以创建Bucket、设置键值对等。 -
db.View
: 创建一个只读事务,用于读取数据,不涉及修改。只读事务不需要提交,如果函数执行失败,事务会被自动回滚。 -
tx.CreateBucket
: 在当前的Bucket中创建新的子Bucket,这个过程涉及到查找合适的插入位置,创建新的Bucket对象并序列化存储。 -
Bucket.Put
: 设置键值对,它会在对应的节点上写入数据。 -
事务处理:
事务是BoltDB的关键特性,确保了数据的一致性和完整性。db.Begin(true/false)
分别用于开始读写和只读事务,事务内部的错误会导致事务回滚,成功则提交。
- 数据存储结构:
BoltDB使用B+树结构来存储数据,每个数据块(page)可以包含多个键值对。数据的更新和读取通过B+树的游标进行。
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Meta页:包含了元数据信息,如版本、页大小、根Bucket的指针以及free list的指针,用于数据库的初始化和恢复。
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Free list: 用于管理空闲的页,当删除数据或更新数据导致页需要扩展时,会利用free list中的页。
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Bucket与Key-Value操作:
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Bucket类似于数据库中的表,是键值对的容器。创建Bucket后,可以通过
Put
方法设置键值对,Get
方法读取键对应的值。 -
在
tx.CreateBucket
过程中,首先创建一个空的内置Bucket,然后将Bucket的名称和序列化的Bucket信息作为键值对存入父Bucket。 -
文件锁与内存映射:
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BoltDB使用文件锁(flock)确保同一时间只有一个进程访问数据库文件,避免数据冲突。
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使用内存映射(mmap)技术,将数据库文件内容直接映射到内存,提高数据存取速度。
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数据页与页标志:
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数据页有不同类型的标志,如metaPageFlag、freelistPageFlag、leafPageFlag,用于标识页的用途。
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Meta页包含了数据库的状态信息,页的大小、根Bucket的指针等。
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Free list页存储了空闲页的指针,用于数据的扩展和更新。