分析型嵌入式键值数据库 hamsterdb

  • 马德奎

2014 年 8 月 15 日

话题:数据库语言 & 开发架构

近日, Christoph Rupp 在 highscalability.com 上发表了一篇文章,介绍由他创建的分析型嵌入式键值数据库hamsterdb。它用 C/C++ 编写,是一个速度非常快的轻量级 NoSQL 数据库引擎,支持事务、数据库游标、内存数据库和远程网络访问,类似谷歌的 leveldb 和甲骨文的 BerkeleyDB。

据作者介绍,hamsterdb 并不是细分市场上的一个新晋竞争者。事实上,它已经出现超过 9 年了。在这段时间里,它发展非常快,其重点已经从单纯的键值存储转向了分析型数据库,提供类似列式存储数据库的功能。

hamsterdb 是单线程、非分布式的,用户通常直接将它链接到他们自己的应用程序中。它提供了独特的事务实现以及其它独特的功能,非常适合于分析型工作负载。它可以在本地 C/C++ 中使用,也有面向 Erlang、Python、Java、 .NET,甚至是 Ada 的绑定。它被用在嵌入式设备和本地应用程序中,也可以为云实例提供缓存和索引服务,已经有数以百万计的部署。

hamsterdb 有一个独特的功能,它能识别模式信息。大多数键值存储并不关心键的类型,而它支持两种类型的键:二进制键和数值键。hamsterdb 数据库是 BTree 索引,既可以存储在文件中,也可以存储在内存中。而 BTree 的实现是它成为分析型数据库的关键。其实现方式非常紧凑,减少了 I/O,而且可以更好的利用 CPU 缓存。

另外,hamsterdb 有与 SQL 命令 COUNT、COUNT DISTINCT、SUM 和 AVERAGE 等价的 API,并支持可变长度的键,允许键重复,以及支持 read-committed 隔离级别的 ACID 事务。

按照 Rupp 的说法,hamsterdb 最强力的特性是可测试性。数据库的根本——甚至比性能都重要——就是不应该丢失数据。在 9 年的开发过程中,他不断地重写部分代码或者尝试新的想法,但高测试覆盖率给了他自信,认为这些更改不会破坏任何东西。他有大约 1800 个单元测试和 35000 个验收测试,以及一组模拟崩溃的测试,用于测试 hamsterdb 的可恢复性。这些测试都是高度自动化的。

Rupp 还介绍了 hamsterdb 的商业版本 hamsterdb pro。该版本提供了针对键、记录、日志的重量级压缩,AES 加密,及针对叶节点查找的 SIMD 优化。还有更多的压缩算法正在进行或规划中。

在文章的最后,Rupp 用谷歌的基准测试将 hamster 2.1.8 与 leveldb 1.15 作了性能对比。他得出了下面的结论:

对于随机读,hamsterdb 性能要好于 leveldb。对于随机写的情况,只要数据量不是太大,hamsterdb 就更快。而从 1 千万键及以上开始,hamsterdb 就会遭受 BTree 数据库的传统问题:大量的非序列性 I/O 和高磁盘寻道延迟。

作者认为,这可以很好地说明 hamsterdb 的分析能力。尤其是,sum 和 count 运算都可以很好地扩展。序列性插入和扫描也是其亮点,不管数据量多大,它都可以非常快。

有兴趣的读者可以下载查看全部的测试结果,以及从 GitHub 上下载hamsterdb 的源代码


感谢郭蕾对本文的审校。

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