LevelDB 架构简介
LevelDB 是 Google 开源的一个用 C++ 语言开发的键值存储库，它提供了简单的 KV 的接口，通过这些接口能够实现高效的数据的存取。RocksDB 就是基于 LevelDB 开发的键值数据库，目前已经被广泛应用于各种新一代的分布式数据库中。
LevelDB 的原理
LevelDB 基于 LSM-Tree 数据结构，对于数据查询提供了Get接口，通过一个 key 值对数据进行查询。对于数据操作，提供了Put，Delete这两种接口，用于数据的写入和删除。在 LevelDB 的内部实现中，Put操作就向数据库中写入一条记录，而不关心这条记录是插入一条新记录还是更新一条记录，Delete操作也是向数据库中写入一条标记为删除的记录。
LevelDB 的架构
LevelDB 架构如下图所示，分为内存部分和外存部分（hard driver）。内存中维护这两个 Memtable 对象 mem 和 imm，其中 mem 用于数据的写入，imm 是在 mem 的大小达到一定阈值时，由 mem 切换而来，也就是说 imm 其实就是上一个用于写入（或者查询）数据的 mem。Memtable 主要的数据结构是跳表（skiplist）。 外存部分由多个文件组成。首先就是 WAL 文件，这个文件的内容与 Memtable 文件一致，每次写入数据时，除了会向 Memtable 写入数据，还会将数据写入到 WAL 文件中。WAL 文件也会随着 Memtable 文件切换到 imm 时，重新创建一个新的文件。
另外一种文件就是 SSTable（Sorted String Table）。从架构图可以看到，SSTable 由非常多的文件组成，而且这些文件是分级（Level）存储的。其中，Level 0 的文件由内存中的 imm 的数据 Compaction 而成，Level 1 的文件又是由 Level 0 的文件 Compaction 而成，除了 level 0 外，每一层都是由上一层的文件 Compaction 而成。SSTable 的一个主要的特点是它是有序的，每个文件中数据的最小值和最大值则存储在元数据文件中，也就是图中的 meta files。 元数据文件（meta files）主要存储了 LevelDB 运行过程中的元数据，比如每个 SSTable 文件的最小值，最大值，当前正在承载写入的 WAL 文件等等。
LevelDB 的 Compaction
在 LevelDB 中，Compaction 是一个非常重要的操作，这个操作会将 LevelDB 中各个 Level 的数据进行合并，生成新的 Level 的数据，在 LevelDB 运行过程中，会通过后台线程来执行 Compaction。比如对于内存中 Memtable 里的数据，当其数据量达到一定阈值时，LevelDB 会生成一个新的 Memtable 对象，旧的 Memtable 会成为不可变的对象，然后会由后台线程将数据写入到 level 0 的文件中。而后台线程也会检查每个 level 的文件数量，如果达到一定的阈值，则会启动一个线程来合并（Compaction）这些文件。 为什么要合并文件呢？因为 LevelDB 对数据的更新和删除都会写入一条新的记录，而不是对数据进行删除和更新，这样其实最新一条记录就代表了这条数据最新的状态，而旧版本的数据则是无效的，通过 Compaction 操作，LevelDB 只保留最新版本的数据，这样就不至于存放过多的无效数据。其实 Compaction 就是 LevelDB 中的一种垃圾回收（GC）。
总结
本文从 LevelDB 原理和架构的角度，对 LevelDB 进行了简单的介绍。其中 Memtable，SSTable 是 LevelDB 中最为核心的概念，Compaction 是 LevelDB 中最为核心的后台操作。