那些年我做的开源项目之KV引擎（NutsDB）

太白技术

发布于 2022-09-01 14:40:57

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发布于 2022-09-01 14:40:57

文章被收录于专栏：太白技术

你好，我是太白。

今天和你分享我之前做过的开源项目那些事。

本文的主角是KV引擎：NutsDB[1]。

Github地址：https://github.com/xujiajun/nutsdb

前言
NutsDB是什么
为什么有NutsDB
- 好奇心的驱使
整体架构
开源表现
- 开源一天和一周表现
- star增长趋势
里程碑事件
使用案例
- 被生产环境采用
- 被开源项目使用（部分）

前言

上一篇《那些年我做的开源项目之web篇》[2]，我和大家分享了web方向开源项目。本篇将给大家分享我做的开源项目KV引擎NutsDB的故事。

NutsDB是什么

NutsDB是笔者在2019年1月份开源的，截止今天已经开源三年有余。它是一款简单的、高性能的纯Go语言开发的内嵌型KV引擎，支持基本的Get、Put、Delete操作、TTL，还支持类似Redis的List、Set、Sorted Set，还支持ACID的事务。截止本文发布，最新版本是v0.7.1。

为什么有NutsDB

以下是摘自项目的README-CN.md。

「注意：」以下是当时开源的时候写的，有些结论可能不一定准确，贴出来只是为了原汁原味。

我想找一个用纯go编写，尽量简单（方便二次开发、研究）、高性能（读写都能快一点）、内嵌型的（减少网络开销）数据库，最好支持事务。因为我觉得对于数据库而言，数据完整性很重要。如果能像Redis一样支持多种数据结构就更好了。而像Redis一般用作缓存，对于事务支持也很弱。

找到几个备选项：

BoltDB

BoltDB是一个基于B+ tree，有着非常好的读性能，还支持很实用的特性：范围扫描和按照前缀进行扫描。有很多项目采用了他。虽然现在官方不维护，由etcd团队在维护他也支持ACID事务，但是他的写性能不是很好。如果对写性能要求不高也值得尝试。

GoLevelDB

GoLevelDB是google开源的leveldb的go语言版本的实现。他的性能很高，特别是写性能，他基于LSM tree实现。可惜他不支持事务(他的README没有提到，其实doc有api的)。

Badger

Badger同样是基于LSM tree，不同的是他把key/value分离。据他官网描述是基于为SSD优化。同是他也支持事务。但是我自己测试发现他的写性能没我想象中高，具体见我的benchmark。（使用当时它默认的配置测的）

此外，以上DB都不支持多种数据结构例如list、set等。

好奇心的驱使

对于如何实现kv数据库的好奇心吧。数据库可以说是系统的核心，了解数据库的内核或者自己有实现，对更好的用轮子或者下次根据业务定制轮子都很有帮助。

基于以上两点，我决定尝试开发一个简单的kv数据库，性能要好，功能也要强大（至少他们好的功能特性都要继承）。

如上面的选项，我发现大致基于存储引擎的模型分：B+ tree和LSM tree。基于B+ tree的模型相对后者成熟。一般使用覆盖页的方式和WAL（预写日志）来作崩溃恢复。而LSM tree的模型他是先写log文件，然后在写入MemTable内存中，当一定的时候写回SSTable，文件会越来越多，于是他一般作法是在后台进行合并和压缩操作。一般来说，基于B+ tree的模型写性能不如LSM tree的模型。而在读性能上比LSM tree的模型要来得好。当然LSM tree的模型也可以优化，比如引入BloomFilter。但是这些模型还是太复杂了。我喜欢简单，简单意味着好实现，好维护，相对不容易出错。

直到我找到bitcask这种模型，他其实本质上也算LSM tree的范畴吧。他模型非常简单很好理解和实现，很快我就实现了一个版本。但是他的缺点是不支持范围扫描。我尝试去优化他，又开发一个版本，基于B+ tree作为索引，满足了范围扫描的问题。现在这个版本基本上都实现上面提到的数据库的一些有用的特性，包括支持范围扫描和前缀扫描、包括支持bucket、事务等，还支持了更多的数据结构（list、set、sorted set）。

天下没有银弹，NutsDB也有他的局限，比如随着数据量的增大，索引变大，启动会慢，只想说NutsDB还有很多优化和提高的空间，由于本人精力以及能力有限。所以把这个项目开源出来。更重要的是我认为一个项目需要有人去使用，有人提意见才会成长。

整体架构

「整体的架构」

「说明：」

API：暴露给开发者用的接口，例如：Open()、Put()、Get()、RPush()、SAdd()、ZAdd()等等。
内存索引：对各个数据结构的内存索引，包括B+Tree、List、Set、Sorted Set等。
读写数据管理：对数据进行持久化的管理。
备份、清理：对数据的备份和磁盘冗余的数据清理。
事务管理：对数据库读写操作的事务性保障。

开源表现

开源一天和一周表现

截图来自：NUTSDB, 高性能内嵌型KV数据库支持事务和多种数据结构[3]

开源「当天」，获得「165个star」

开源「一周」，获得「576个star」

star增长趋势

后面按照发版一次宣传一下的节奏。截图来自 https://starchart.cc/xujiajun/nutsdb[4]

里程碑事件

具体见：https://github.com/xujiajun/nutsdb/blob/master/CHANGELOG.md

v0.1.0（2019-2-28）支持Put、Get、Delete、TTL、Range Scanning等
v0.2.0（2019-3-05）支持List、Set、Sorted Set等
v0.3.0（2019-3-11）支持sync等
v0.4.0（2019-3-15）支持mmap方式等
v0.5.0（2019-11-28）修复一些bug & 支持GetAll()等
v0.6.0（2021-03-21）支持put带时间戳&支持正则的PrefixSearchScan等
v0.7.0（2022-03-06) 支持内存模式运行、支持IterateBuckets遍历bucket等

使用案例

被生产环境采用

被开源项目使用（部分）

内容摘自：https://github.com/xujiajun/nutsdb/issues/27[5]

https://github.com/av-elier/nutsdb-cli
- 第三方开发的NutsDB的cli，作者@av-elier ，俄罗斯人
https://github.com/cloud-barista/cb-store
- cb-store是一个通用的存储库，用于管理Cloud-Barista的Meta信息。您可以选择NUTSDB或ETCD作为cb-store的存储库。作者是韩国的团队
https://github.com/jrapoport/chestnut
- chestnut是一个Go实现的加密存储
https://github.com/ranzhendong/irishman
- Irishman 是一个以go为开发语言的中间件，在Kerrigan项目中使用
https://github.com/bitepeng/b0pass
- 百灵快传：基于Go语言的高性能 "手机电脑超大文件传输神器"、"局域网共享文件服务器"。斩获了1k+ star
https://github.com/rule110-io/surge
- Surge是一个p2p文件共享应用程序，旨在利用区块链技术实现100%匿名文件传输。Surge是端到端加密、分散和开源的。