区块链教程Fabric1.0源代码分析LevelDB KV数据库

Fabric 1.0源代码笔记 之 LevelDB（KV数据库）

1、LevelDB概述

LevelDB是Google开源的持久化KV单机数据库，具有很高的随机写，顺序读/写性能，但是随机读的性能很一般，也就是说，LevelDB很适合应用在查询较少，而写很多的场景。

LevelDB的特点：

• key和value都是任意长度的字节数组；
• entry（即一条K-V记录）默认是按照key的字典顺序存储的，当然开发者也可以重载这个排序函数；
• 提供的基本操作接口：Put()、Delete()、Get()、Batch()；
• 支持批量操作以原子操作进行；
• 可以创建数据全景的snapshot(快照)，并允许在快照中查找数据；
• 可以通过前向（或后向）迭代器遍历数据（迭代器会隐含的创建一个snapshot）；
• 自动使用Snappy压缩数据；
• 可移植性；

Fabric中使用了goleveldb包，即https://github.com/syndtr/goleveldb/。

goleveldb的基本操作：

• 打开数据库，db, err:=leveldb.OpenFile("./db", nil)。作用就是在当前目录下创建一个db文件夹作为数据库的目录。
• 存储键值，db.Put([]byte("key1"),[]byte("value1"),nil)。作用就是在数据库中存储键值对 key1-value1。leveldb数据库中对键值的操作都是byte格式化的数据。
• 获取键值对，data,_ := db.Get([]byte("key1"),nil)，获取key1对应的值。
• 遍历数据库，iter := db.NewIterator(nil, nil)，for iter.Next(){ fmt.Printf("key=%s,value=%sn",iter.Key(),iter.Value()) }，iter.Release()。作用就是建立迭代器iter，然后依次遍历数据库中所有的数据并打印键和值，最后释放迭代器iter。
• 关闭数据库，db.Close()。

Fabric中LevelDB代码，分布在common/ledger/util/leveldbhelper目录，目录结构如下：

• leveldb_provider.go，定义了结构体Provider、Provider、UpdateBatch、Iterator及其方法。
• leveldb_helper.go，定义了DB结构体及方法。

2、DB结构体及方法

DB结构体定义：对实际数据存储的包装。

type Conf struct {
    DBPath string //路径
}

type DB struct {
    conf    *Conf //配置
    db      *leveldb.DB //leveldb.DB对象
    dbState dbState //type dbState int32
    mux     sync.Mutex //锁

    readOpts        *opt.ReadOptions
    writeOptsNoSync *opt.WriteOptions
    writeOptsSync   *opt.WriteOptions
}
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_helper.go

涉及如下方法：对goleveldb包做了封装。

func CreateDB(conf *Conf) *DB //创建DB实例
func (dbInst *DB) Open() //leveldb.OpenFile，创建并打开leveldb数据库（如目录不存在则创建）
func (dbInst *DB) Close() //db.Close()
func (dbInst *DB) Get(key []byte) ([]byte, error) //db.Get
func (dbInst *DB) Put(key []byte, value []byte, sync bool) error //db.Put
func (dbInst *DB) Delete(key []byte, sync bool) error //db.Delete
func (dbInst *DB) GetIterator(startKey []byte, endKey []byte) iterator.Iterator //db.NewIterator，创建迭代器
func (dbInst *DB) WriteBatch(batch *leveldb.Batch, sync bool) error //db.Write，批量写入
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_helper.go

3、DBHandle结构体及方法

DBHandle结构体定义：封装DB，目的为给key添加dbName前缀，添加和拆除前缀通过constructLevelKey(h.dbName, key)和retrieveAppKey()实现。

type DBHandle struct {
    dbName string //DB名称
    db     *DB //type DB struct
}
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_provider.go

涉及如下方法：

func (h *DBHandle) Get(key []byte) ([]byte, error) //h.db.Get
func (h *DBHandle) Put(key []byte, value []byte, sync bool) error //h.db.Put
func (h *DBHandle) Delete(key []byte, sync bool) error //h.db.Delete
func (h *DBHandle) WriteBatch(batch *UpdateBatch, sync bool) error //h.db.WriteBatch
func (h *DBHandle) GetIterator(startKey []byte, endKey []byte) *Iterator //h.db.GetIterator
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_provider.go

补充UpdateBatch结构体及方法：

type UpdateBatch struct {
    KVs map[string][]byte
}
func NewUpdateBatch() *UpdateBatch //构造UpdateBatch
func (batch *UpdateBatch) Put(key []byte, value []byte) //batch.KVs[string(key)] = value
func (batch *UpdateBatch) Delete(key []byte) //batch.KVs[string(key)] = nil
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_provider.go

补充Iterator结构体及方法：封装github.com/syndtr/goleveldb/leveldb/iterator。

type Iterator struct {
    iterator.Iterator
}
func (itr *Iterator) Key() []byte //itr.Iterator.Key()拆除dbName
func constructLevelKey(dbName string, key []byte) []byte //为key添加dbName
func retrieveAppKey(levelKey []byte) []byte //为key拆除dbName
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_provider.go

4、Provider结构体及方法

Provider结构体定义：将单个物理LevelDB，虚拟为多个逻辑LevelDB

type Provider struct {
    db        *DB
    dbHandles map[string]*DBHandle
    mux       sync.Mutex
}
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_provider.go

涉及方法如下：

func NewProvider(conf *Conf) *Provider {//创建并打开db，构造Provider
    db := CreateDB(conf)
    db.Open()
    return &Provider{db, make(map[string]*DBHandle), sync.Mutex{}}
}

//获取名称为dbName的leveldb句柄
func (p *Provider) GetDBHandle(dbName string) *DBHandle {
    p.mux.Lock()
    defer p.mux.Unlock()
    dbHandle := p.dbHandles[dbName]
    if dbHandle == nil {
        dbHandle = &DBHandle{dbName, p.db}
        p.dbHandles[dbName] = dbHandle
    }
    return dbHandle
}

//关闭leveldb
func (p *Provider) Close() {
    p.db.Close()
}
//代码在common/ledger/util/leveldbhelper/leveldb_provider.go
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