leveldb之DBImpl
1、leveldb::DB的成员函数
基类leveldb::DB，提供面向用户的接口，用户主要使用其提供的接口来操作数据库，最重要的操作为增、删、查找。
class DB {
public:
static Status Open(const Options& options,const std::string& name,DB** dbptr);//打开一个名为name的数据库，并存放在dbptr中，会调用Recover()
DB() { }//构造数据库
virtual ~DB();
virtual Status Put(const WriteOptions& options,const Slice& key,const Slice& value) = 0;//向数据库中写一条KV数据
virtual Status Delete(const WriteOptions& options, const Slice& key) = 0;//从数据库中删除一条记录
virtual Status Write(const WriteOptions& options, WriteBatch* updates) = 0;//批量写入数据
virtual Status Get(const ReadOptions& options,const Slice& key, std::string* value) = 0;//在数据库中查找key对应的value
virtual Iterator* NewIterator(const ReadOptions& options) = 0;
virtual const Snapshot* GetSnapshot() = 0;
virtual void ReleaseSnapshot(const Snapshot* snapshot) = 0;
virtual bool GetProperty(const Slice& property, std::string* value) = 0;
virtual void GetApproximateSizes(const Range* range, int n,uint64_t* sizes) = 0;
virtual void CompactRange(const Slice* begin, const Slice* end) = 0;
private:
// No copying allowed
DB(const DB&);
void operator=(const DB&);
};
2、leveldb::DBImpl
类leveldb::DBImpl派生自leveldb::DB，是leveldb最核心的部分。
leveldb::DBImpl中包含了大量的函数，包括派生自leveldb::DB的接口，一些用于测试的函数，还有一些用于后台处理的内部函数，用于完成后台合并等操作。下面是它的成员函数，暂时忽略测试函数和用于数据库恢复的函数以及错误处理的函数。
class DBImpl : public DB {
public:
DBImpl(const Options& options, const std::string& dbname);
virtual ~DBImpl();
// 派生自leveldb::DB的接口
virtual Status Put(const WriteOptions&, const Slice& key, const Slice& value);
virtual Status Delete(const WriteOptions&, const Slice& key);
virtual Status Write(const WriteOptions& options, WriteBatch* updates);
virtual Status Get(const ReadOptions& options,const Slice& key,std::string* value);
virtual Iterator* NewIterator(const ReadOptions&);
virtual const Snapshot* GetSnapshot();
virtual void ReleaseSnapshot(const Snapshot* snapshot);
virtual bool GetProperty(const Slice& property, std::string* value);
virtual void GetApproximateSizes(const Range* range, int n, uint64_t* sizes);
virtual void CompactRange(const Slice* begin, const Slice* end);
private:
Status NewDB();
void DeleteObsoleteFiles();
void CompactMemTable() EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
Status WriteLevel0Table(MemTable* mem, VersionEdit* edit, Version* base)
EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
Status MakeRoomForWrite(bool force /* compact even if there is room? */)
EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
WriteBatch* BuildBatchGroup(Writer** last_writer);
void MaybeScheduleCompaction() EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
static void BGWork(void* db);
void BackgroundCall();
void BackgroundCompaction() EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
void CleanupCompaction(CompactionState* compact)
EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
Status DoCompactionWork(CompactionState* compact)
EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
Status OpenCompactionOutputFile(CompactionState* compact);
Status FinishCompactionOutputFile(CompactionState* compact, Iterator* input);
Status InstallCompactionResults(CompactionState* compact)
EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(mutex_);
};
由上可知，leveldb::DBImpl的成员函数主要是
1）实现派生自leveldb::DB的接口（对数据的增、删、查找）
2）后台合并相关的函数 （这一部分在leveldb之Compaction上、下中都见到过，就不再分析）
2.1、增加记录
通过Put()写入一条记录，通过Write()批量写入
为了读取更加方便，leveldb每次写入记录时都会创建一个WriteBatch变量，然后再将WriteBatch变量写入到log文件中，并将WriteBatch中的每一条记录插入到Memtable中。即调用Put()时，首先也会将这一条记录转化为一个WriteBatch的形式，然后再调用Write()操作批量写入。
WriteBatch的格式是固定的（seq count type key.size() key value.size() value），按照这种方式将数据写入到log中后，读取时顺序的读取每一个WriteBatch即可获得每一条记录。
Put()的实现如下：
Status DB::Put(const WriteOptions& opt, const Slice& key, const Slice& value) {
WriteBatch batch;
batch.Put(key, value);
return Write(opt, &batch);
}
2.2、删除记录
由对LevelDb之Compaction 的分析可知，leveldb在删除一条记录时并不会直接删除，而是写入一条标记为删除的记录，等待后面的合并操作再真正删除该记录。其实现如下
Status DB::Delete(const WriteOptions& opt, const Slice& key) {
WriteBatch batch;
batch.Delete(key);
return Write(opt, &batch);
}
由上可知，删除记录时也是将记录转化成WriteBatch的形式，然后再将其写入到数据库中。
具体的删除操作在高level的合并时完成（见leveldb之Compaction操作下之具体实现 中一般的合并部分）
因此增加记录和删除记录最终调用的都是Write()函数，具体的实现见leveldb之Put、Get操作
2.3、查找记录
Status DBImpl::Get(const ReadOptions& options,const Slice& key,
std::string* value) {
{
mutex_.Unlock();
// First look in the memtable, then in the immutable memtable (if any).
LookupKey lkey(key, snapshot);
if (mem->Get(lkey, value, &s)) { //首先在Memtable中查找
// Done
} else if (imm != NULL && imm->Get(lkey, value, &s)) {//若没找到且存在imm，则继续在imm中查找
// Done
} else { //如果还没有找到，则继续在SSTable中查找
s = current->Get(options, lkey, value, &stats);
have_stat_update = true;
}
mutex_.Lock();
}
}
查找的具体实现见 leveldb之SSTable的创建与访问 中的第三部分
3、leveldb::DBImpl的成员变量
leveldb::DBImpl中有许多成员变量，其中最重要的是：
class DBImpl : public DB {
private:
TableCache* table_cache_;//SSTable文件缓存，保存了最近使用的.sst文件信息，以提高查找速度
MemTable* mem_;
MemTable* imm_; // 等待合并的mem_，不能再向其中写入数据
port::AtomicPointer has_imm_; //判断是否有imm_
WritableFile* logfile_; //log文件，数据在插入mem_之前会写入到log文件中，以便于数据恢复
uint64_t logfile_number_;
log::Writer* log_; //用于向log文件中写数据
std::deque<Writer*> writers_; //任务队列，等待向mem_中写入数据
std::set<uint64_t> pending_outputs_;//标记一个文件是否正在进行处理，以防止错误的删除正在执行Compaction的文件
bool bg_compaction_scheduled_;//标记是否已经完成或正在执行Compaction操作
VersionSet* versions_;//管理数据库运行过程中生成的所有版本
};
写数据时，首先写入log文件，再插入到mem_中，log文件可用于数据恢复，保证数据不丢失。
查找时，按照mem_，imm_，.sst文件的优先级进行查找，table_cache_缓存最近使用的.sst文件
versions_用于管理这个数据库的所有版本。
4、总结
leveldb::DB类为用户提供了操作数据库的接口，主要包括对记录的增、删、查找。
leveldb::DBImpl类派生自leveldb::DB，实现了leveldb::DB中的接口，并且还增加了许多用于后台合并处理的内部函数。
增、删最终都是向数据库中写入一条记录，可能会导致Memtable写满，从而触发合并操作。查找记录时，按照mem_，imm_，.sst文件的优先级来进行查找。
在.sst文件中查找时是先找到覆盖目标Key值的所有文件，然后在缓存table_cache_中进行查找，并将最近使用的文件加入到缓存中。查找可能导致一些.sst文件的查找次数超过上限，此时也会触发合并操作。
读、写都可能触发leveldb的合并操作，合并操作的具体分析见LevelDb之Compaction