Zstandard:一种新的无损压缩算法

  • 谢丽

2015 年 1 月 29 日

话题:语言 & 开发架构算法

Zstandard(缩写为 Zstd)是一种新的无损压缩算法,旨在提供快速压缩,并实现高压缩比。它既不像LZMAZPAQ那样追求尽可能高的压缩比,也不像LZ4那样追求极致的压缩速度。

下面是一组基准测试数据:

压缩算法名称

压缩比

压缩速度(MB/s)

解压速度(MB/s)

zlib 1.2.8 -6

3.099

18

275

Zstd

2.872

201

498

zlib 1.2.8 -1

2.73

58

250

LZ4 HC r127

2.72

26

1720

QuickLZ 1.5.1b6

2.237

323

373

LZO 2.06

2.106

351

510

Snappy 1.1.0

2.091

238

964

LZ4 r127

2.084

370

1590

LZF 3.6

2.077

220

502

(环境:Core i5-4300U @ 1.9GHZ;基准测试程序:开源程序fsbench 0.14.3

从上表可以看出,Zstd 的压缩比和压缩速度都比较高,而且解压速度大约为每核 500MB/s。

Zstd 的压缩速度可以根据不同的情况进行配置。在上述测试中,它提供了大约每核 200MB/s 的速度,可以用于一些实时压缩场景。同时,与 LZ4 类似,它可以提供平衡压缩比和压缩时间的衍生算法,并且不影响解压性能。

Zstd 还有一个特点是内存需求可配置。这使它可以适应内存配置低或者服务器并行处理多个请求的情况。此外,它采用了“有限状态熵(Finite State Entropy,缩写为 FSE)”编码器。该编码器是由 Jarek Duda 基于 ANS 理论开发的一种新型熵编码器,旨在与“霍夫曼编码器(Huffman encoder)”和“算数编码器(Arithmetic encoder)”相竞争。

另据Cyan4973项目创建者 Yann Collet介绍,虽然 Zstd 是一个速度很快的压缩 / 解压算法,但它并没有进入 LZ4 的适用范围。在一项基准测试中(测试方法见这里),Collet 得出了这样的结论:

当传输速度高于 50MB/s 时,LZ4 是更好的选择;而当传输速度介于 0.5MB/s 和 50MB/s 时,Zstd 在速度上领先于其它算法。

此外,在回复用户评论时,Collect 比较了 Zstd 与lzham

根据我的理解,它们的设计出发点不同。Lzham 来源于 LZMA……以离线压缩场景作为衡量标准……而 Zstd 的基本原则更像Zlib,但主要有三点变化:

  • FSE 代替霍夫曼编码器;
  • 不限匹配尺寸;
  • 偏移量可重复。

最后,请读者朋友们注意:Zstd 开发尚处于起步阶段,本文的一些测试结果也只是早期的测试结果,其实现将会随着时间的推移继续改进和提高,尤其是在项目创建的第一年里。


感谢郭蕾对本文的审校。

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