libmdbx rust 封装

libmdbx 数据库的 rust 封装。

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引子

在写『人民网络』的时候，感觉自己需要一个嵌入式数据库。

因为涉及到网络吞吐的记录，读写频繁，sqlite3 太高级性能堪忧。

所以用更底层的键值数据库更为合适（lmdb 比 sqlite 快 10 倍）。

最终，我选择了 lmdb 的魔改版 —— mdbx 。

目前，现有的 mdbx 的 rust 封装 mdbx-rs(mdbx-sys)不支持 windows，于是我自己动手封装一个支持 windows 的版本。

我在易用性上做了大量工作。比如，可以一个模块中用 lazy_static 定义好所有数据库，然后用 use 引入，并且支持多线程访问。可以存储和读取自定义的数据类型。

同时，支持多线程，用起来会很方便。

libmdbx 是什么？

mdbx 是基于 lmdb 二次开发的数据库 ，作者是俄罗斯人 Леонид Юрьев (Leonid Yuriev)。

lmdb 是一个超级快的嵌入式键值数据库。

全文搜索引擎 MeiliSearch 就是基于 lmdb 开发的。

深度学习框架 caffe 也用 lmdb 作为数据存储。

mdbx 在嵌入式性能测试基准 ioarena 中 lmdb 还要快 30% 。

与此同时，mdbx 改进了不少 lmdb 的缺憾，因此 Erigon（下一代以太坊客户端）最近从 LMDB 切换到了 MDBX [^erigon] 。

使用教程

如何运行示例

首先克隆代码库 git clone git@github.com:rmw-lib/mdbx.git --depth=1 && cd mdbx

然后运行 cargo run --example 01 ，就运行了 examples/01.rs

如果是自己的项目，请先运行 cargo add mdbx lazy_static

写和读 : set & get

我们先来看一个简单的例子 examples/01.rs

rust 代码如下 :

```rust use anyhow::{Ok, Result}; use mdbx::prelude::*;

envrw!( MDBX, { let mut dbpath = std::env::currentexe().unwrap(); dbpath.setextension("mdb"); println!("mdbx file path {}", dbpath.display()); db_path.into() }, r, w );

mdbx! { MDBX // 数据库 Env 的变量名 Test // 数据库 Test }

fn main() -> Result<()> { // 输出libmdbx的版本号 unsafe { println!( "mdbx version https://github.com/erthink/libmdbx/releases/tag/v{}.{}.{}", mdbxversion.major, mdbxversion.minor, mdbx_version.release ); }

// 多线程读写 let t = std::thread::spawn(|| { let tx = w!(); let test = tx | Test; test.set([1, 2], [6])?; println!("test1 get {:?}", test.get([1, 2]));

match test.get([1, 2])? {
  Some(val) => {
    let t: &[u8] = &val;
    println!("{:?}", t);
  }
  None => unreachable!(),
}
Ok(())

});

t.join().unwrap()?;

Ok(()) } ```

运行输出如下 :

mdbx file path /Users/z/rmw/mdbx/target/debug/examples/01.mdb mdbx version https://github.com/erthink/libmdbx/releases/tag/v0.11.2 test1 get Ok(Some(Bin([6]))) [6]

代码说明

env_rw 定义数据库

代码一开始使用了一个宏 env_rw，这个宏有 4 个参数。

  1. 数据库环境的变量名

  2. 返回一个 对象，mdbx:: env:: Config 。

    我们使用默认配置，因为 Env 实现了 From<Into<PathBuf>>，所以数据库路径 into() 即可，默认配置如下。

    ```rust

    [derive(Clone, Debug)]

    pub struct Config { path: PathBuf, mode: ffi::mdbxmodet, flag: flag::ENV, syncperiod: u64, syncbytes: u64, max_db: u64, pagesize: isize, }

    lazystatic! { pub static ref ENVCONFIGDEFAULT: Config = Config { path:PathBuf::new(), mode: 0o600, //https://github.com/erthink/libmdbx/issues/248 syncperiod : 65536, // 以 1/65536 秒为单位 syncbytes : 65536, maxdb : 256, flag : ( // https://erthink.github.io/libmdbx/groupcopening.html#ga9138119a904355d245777c4119534061 flag::ENV::MDBXEXCLUSIVE | flag::ENV::MDBXLIFORECLAIM | flag::ENV::MDBXCOALESCE | flag::ENV::MDBXNOMEMINIT | flag::ENV::MDBXNOSUBDIR | flag::ENV::MDBXSAFENOSYNC // | flag::ENV::MDBXSYNC_DURABLE ), pagesize:-1 }; } ```

    max_db 是最大的数据库个数，最多 32765 个数据库，这个设置可以在每次打开数据库时重设，设置太大会影响性能，按需设置即可。

    其他参数含义参见 libmdbx 的文档 。

  3. 数据库读事务宏的名称，默认值为 r

  4. 数据库写事务宏的名称，默认值为 w

其中 3、4 参数可以省略使用默认值。

宏展开

如果想看看宏魔法到底干了什么，可以用 cargo expand --example 01 宏展开，此指令需要先安装 cargo install cargo-expand

展开后的代码截图如下：

PDzEtT

anyhow 和 lazy_static

从展开后的截图，可以看到，使用了 lazy_static 和 anyhow。

anyhow 是 rust 的错误处理库。

lazy_static 是延迟初始化的静态变量。

这两个库很常见，我不赘言。

宏 mdbx!

mdbx! 是一个 过程宏。

rust mdbx! { MDBX // 数据库 Env 的变量名 Test // 数据库 Test }

第一行参数是数据库环境的变量名

第二行是数据库的名称

数据库可有多个，每个一行

线程与事务

上面代码中演示了多线程读写。

值得注意的是，同一线程同一时间只能有一个事务，如果某线程打开了多个事务会程序会崩溃。

事务会在作用域结束时提交。

读写二进制数据

```rust let tx = w!(); let test = tx | Test; test.set([1, 2], [6])?; println!("test1 get {:?}", test.get([1, 2]));

match test.get([1, 2])? { Some(val) => { let t:&[u8] = &val; println!("{:?}",t); }, None => unreachable!() } ```

set 是写，get 是读，任何实现了 AsRef<[u8]> 的对象都可以写入数据库。

get 出来的东西是 Ok(Some(Bin([6])))，可以转为 &[u8]。

第二个例子

我们来看第二个例子 examples/02.rs :

这个例子中，env_rw! 省略了，第三、第四个参数（r, w）。

```rust use anyhow::{Ok, Result}; use mdbx::prelude::*;

envrw!(MDBX, { let mut dbpath = std::env::currentexe().unwrap(); dbpath.setextension("mdb"); println!("mdbx file path {}", dbpath.display()); db_path.into() });

mdbx! { MDBX // 数据库ENV的变量名 Test1 Test2 key Str val Str Test3 key i32 val u64 Test4 key u64 val u16 flag DUPSORT }

fn main() -> Result<()> { // 快捷写入 w!(Test1.set [2, 3],[4, 5]);

// 快捷读取 match r!(Test1.get [2, 3]) { Some(r) => { println!( "\nu16::fromlebytes({:?}) = {}", r, u16::fromlebytes((*r).try_into()?) ); } None => unreachable!(), }

// 在同一个事务中对多个数据库进行多个操作 { let tx = w!(); let test1 = tx | Test1;

test1.set(&[9], &[10, 12])?;
test1.set([8, 1], [9])?;
test1.set("rmw.link", "Down with Data Hegemony")?;
test1.set(&"abc", &"012")?;

println!("\n-- loop test1");
for (k, v) in test1 {
  println!("{} = {}", k, v);
}

test1.del([8])?;

println!("\nget after del {:?}", test1.get([8]));

let test2 = tx | Test2;
test2.set("rmw.link", "Down with Data Hegemony")?;
test2.set(&"abc", &"012")?;
println!("\n-- loop test2");
for (k, v) in test2 {
  println!("{} = {}", k, v);
}

let test3 = tx | Test3;

test3.set(13, 32)?;
test3.set(16, 32)?;
test3.set(-15, 6)?;
test3.set(-10, 6)?;
test3.set(-12, 6)?;
test3.set(0, 6)?;
test3.set(10, 5)?;

println!("\n-- loop test3");
for (k, v) in test3 {
  println!("{:?} = {:?}", k, v);
}

let test4 = tx | Test4;
test4.set(10, 5)?;
test4.set(10, 0)?;
test4.set(13, 32)?;
test4.set(16, 2)?;
test4.set(16, 1)?;
test4.set(16, 3)?;
test4.set(0, 6)?;
test4.set(10, 5)?;
println!("\n-- loop test4 rev");
for (k, v) in test4.rev() {
  println!("{:?} = {:?}", k, v);
}
// 事务会在作用域的结尾提交

}

Ok(()) } ```

运行输出如下

``` mdbx file path /Users/z/rmw/mdbx/target/debug/examples/02.mdb

u16::fromlebytes(Bin([4, 5])) = 1284

-- loop test1 [2] = [3] [2, 3] = [4, 5] [8, 1] = [9] [9] = [10, 12] [97, 98, 99] = [48, 49, 50] [114, 109, 119, 46, 108, 105, 110, 107] = [68, 111, 119, 110, 32, 119, 105, 116, 104, 32, 68, 97, 116, 97, 32, 72, 101, 103, 101, 109, 111, 110, 121]

get after del Ok(None)

-- loop test2 abc = 012 rmw.link = Down with Data Hegemony

-- loop test3 0 = 6 10 = 5 13 = 32 16 = 32 -15 = 6 -12 = 6 -10 = 6

-- loop test4 rev 16 = 3 16 = 2 16 = 1 13 = 32 10 = 5 10 = 0 0 = 6 ```

快捷读写

若只是想简单的读取或写入单行数据，我们可以用宏的语法糖。

读数据

r!(Test1.get [2, 3])

写数据

rust w!(Test1.set [2, 3],[4, 5])

都一行搞定， 正如 examples/02.rs 写的那样。

数据类型 和 数据库标志

在 examples/02.rs 中，数据库定义是这样的 :

rust Test2 // 数据库 Test2 key Str<'static> val Str<'static> Test3 // 数据库 Test2 key i32 val u64 Test4 // 数据库 Test3 key u64 val u16 flag DUPSORT

其中 key 和 val 分别定义了键和值的数据类型。

如果试图写入的数据类型和定义的不匹配，会报错，截图如下 :

预置数据类型

遍历

自定义数据类型

一个键对应多个值

删除一个精确匹配的键值对

迭代器

数据库标志

mdbx db flag list

MDBX_REVERSEKEY 对键使用反向字符串比较。（当使用小端编码数字作为键的时候很有用）

MDBX_DUPSORT 使用排序的重复项，即允许一个键有多个值。

MDBXINTEGERKEY 本机字节顺序的数字键 uint32t 或 uint64_t。键的大小必须相同，并且在作为参数传递时必须对齐。

MDBXDUPFIXED 使用 MDBXDUPSORT 的情况下，数据值的大小必须相同（可以快速统计值的个数）。

MDBXINTEGERDUP 需使用 MDBXDUPSORT 和 MDBXDUPFIXED；值是整数（类似 MDBXINTEGERKEY）。数据值必须全部具有相同的大小，并且在作为参数传递时必须对齐。

MDBXREVERSEDUP 使用 MDBXDUPSORT；对数据值使用反向字符串比较。

MDBX_CREATE 如果不存在，则创建 DB。

MDBXDBACCEDE

打开使用未知标志创建的现有子数据库。 该 MDBXDBACCEDE 标志旨在打开使用未知标志（MDBXREVERSEKEY、MDBXDUPSORT、MDBXINTEGERKEY、MDBXDUPFIXED、MDBXINTEGERDUP 和 MDBXREVERSEDUP）创建的现有子数据库。 在这种情况下，子数据库不会返回 MDBXINCOMPATIBLE 错误，而是使用创建它的标志打开，然后应用程序可以通过 mdbxdbi_flags()确定实际标志。

默认自动生成的数据库标志

数据库环境全局设置

数据库最大个数

maxdbs 打开数据的时可以更新原有设置。 一开始可以设置小一点的值，有需要再加大。

https://github.com/erthink/libmdbx#limitations

使用注意

键的长度

引用说明

他们列举了从 LMDB 过渡到 MDBX 的好处：

> Erigon 开始使用 BoltDB 数据库后端，然后增加了对 BadgerDB 的支持，最后完全迁移到 LMDB。在某些时候，我们遇到了稳定性问题，这些问题是由我们对 LMDB 的使用引起的，而这些问题是创造者没有预料到的。从那时起，我们一直在关注一个支持良好的 LMDB 的衍生产品，称为 MDBX，并希望使用他们的稳定性改进，并有可能在未来进行更多的合作。MDBX 的整合已经完成，现在是时候进行更多的测试和记录了。
>
> 从 LMDB 过渡到 MDBX 的好处：
>
> 1. 数据库文件的增长 "空间(geometry)" 工作正常。这一点很重要，尤其是在 Windows 上。在 LMDB 中，人们必须事先指定一次内存映射大小（目前我们默认使用 2Tb），如果数据库文件的增长超过这个限制，就必须重新启动这个过程。在 Windows 上，将内存映射大小设置为 2Tb 会使数据库文件一开始就有 2Tb 大，这不是很方便。在 MDBX 中，内存映射大小是以 2Gb 为单位递增的。这意味着偶尔的重新映射，但会带来更好的用户体验。
>
> 2. MDBX 对事务处理的并发使用有更严格的检查，以及在同一执行线程中的重叠读写事务。这使我们能够发现一些非明显的错误，并使行为更可预测。
>    在超过 5 年的时间里（自从它从 LMDB 中分离出来），MDBX 积累了大量的安全修复和 heisenbug 修复，据我们所知，这些修复仍然存在于 LMDB 中。其中一些是我们在测试过程中发现的，而 MDBX 的维护者也认真对待，并及时进行了修复。
>
> 3. 当涉及到不断修改数据的数据库时，它们会产生相当多的可回收空间（在 LMDB 术语中也被称为 "freelist"）。我们不得不给 LMDB 打上补丁，以修复在处理可回收空间时最严重的缺点 [（分析）](https://github.com/ledgerwatch/erigon/wiki/LMDB-freelist-illustrated-guide) 。[MDBX 对可回收空间的有效处理进行了特别的关注，到目前为止，还不需要打补丁。](https://github.com/ledgerwatch/erigon/wiki/LMDB-freelist-illustrated-guide%EF%BC%89%E3%80%82MDBX%E5%AF%B9%E5%8F%AF%E5%9B%9E%E6%94%B6%E7%A9%BA%E9%97%B4%E7%9A%84%E6%9C%89%E6%95%88%E5%A4%84%E7%90%86%E8%BF%9B%E8%A1%8C%E4%BA%86%E7%89%B9%E5%88%AB%E7%9A%84%E5%85%B3%E6%B3%A8%EF%BC%8C%E5%88%B0%E7%9B%AE%E5%89%8D%E4%B8%BA%E6%AD%A2%EF%BC%8C%E8%BF%98%E4%B8%8D%E9%9C%80%E8%A6%81%E6%89%93%E8%A1%A5%E4%B8%81%E3%80%82)
>
> 4. 根据我们的测试，MDBX 在我们的工作负载上表现得稍微好一些。
>
> 5. MDBX 暴露了更多的内部遥测数据 — 更多关于数据库内部发生的指标。而我们在 Grafana 中拥有这些数据 — 以便在应用设计上做出更好的决定。例如，在完全过渡到 MDBX 之后（移除对 LMDB 的支持），我们将实施 "提交半满事务 " 策略，以避免溢出/未溢出的磁盘接触。这将进一步简化我们的代码，而不影响性能。
>
> 6. MDBX 支持 "Exclusive open " 模式--我们将其用于数据库迁移，以防止任何其他读者在数据库迁移过程中访问数据库。
>
>    MDBX 支持“ Exclusive open”模式 — 我们使用它进行 DB 迁移，以防止任何其他读取器在 DB 迁移过程中访问数据库。

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