4 Memtable之1
Memtable是leveldb很重要的一块，leveldb的核心之一。我们肯定关注KV数据在Memtable中是如何组织的，秘密在Skip list中。
4.1 用途
在Leveldb中，所有内存中的KV数据都存储在Memtable中，物理disk则存储在SSTable中。在系统运行过程中，如果Memtable中的数据占用内存到达指定值(Options.write_buffer_size)，则Leveldb就自动将Memtable转换为Memtable，并自动生成新的Memtable，也就是Copy-On-Write机制了。
Immutable Memtable则被新的线程Dump到磁盘中，Dump结束则该Immutable Memtable就可以释放了。因名知意，Immutable Memtable是只读的。
所以可见，最新的数据都是存储在Memtable中的，Immutable Memtable和物理SSTable则是某个时点的数据。
为了防止系统down机导致内存数据Memtable或者Immutable Memtable丢失，leveldb自然也依赖于log机制来保证可靠性了。
Memtable提供了写入KV记录，删除以及读取KV记录的接口，但是事实上Memtable并不执行真正的删除操作,删除某个Key的Value在Memtable内是作为插入一条记录实施的，但是会打上一个Key的删除标记，真正的删除操作在后面的 Compaction过程中，lazy delete。
4.2 核心是Skip list
另外，Memtable中的KV对是根据Key排序的，leveldb在插入等操作时保证key的有序性。想想，前面看到的Skip list不正是合适的人选吗，因此Memtable的核心数据结构是一个Skip list，Memtable只是一个接口类。当然随之而来的一个问题就是Skip list是如何组织KV数据对的，在后面分析Memtable的插入、查询接口时我们将会看到答案。
4.3 接口说明
先来看看Memtable的接口：
void Ref() { ++refs_; }
void Unref();
Iterator* NewIterator();
void Add(SequenceNumber seq, ValueType type, const Slice& key, const Slice& value);
bool Get(const LookupKey& key, std::string* value, Status* s);
首先Memtable是基于引用计数的机制，如果引用计数为0，则在Unref中删除自己，Ref和Unref就是干这个的。
NewIterator是返回一个迭代器，可以遍历访问table的内部数据，很好的设计思想，这种方式隐藏了table的内部实现。外部调用者必须保证使用Iterator访问Memtable的时候该Memtable是live的。
Add和Get是添加和获取记录的接口，没有Delete，还记得前面说过，memtable的delete实际上是插入一条type为kTypeDeletion的记录。
4.4 类图
先来看看Memtable相关的整体类层次吧，并不复杂，还是相当清晰的。见图4.4-1。
图4.4-1
4.5 Key结构
Memtable是一个KV存储结构，那么这个key肯定是个重点了，在分析接口实现之前，有必要仔细分析一下Memtable对key的使用。
这里面有5个key的概念，可能会让人混淆，下面就来一个一个的分析。
4.5.1 InternalKey & ParsedInternalKey & User Key
InternalKey是一个复合概念，是有几个部分组合成的一个key，ParsedInternalKey就是对InternalKey分拆后的结果，先来看看ParsedInternalKey的成员，这是一个struct：
>Slice user_key;
>SequenceNumber sequence;
>ValueType type;
也就是说InternalKey是由User key + SequenceNumber + ValueType组合而成的，顺便先分析下几个Key相关的函数，它们是了解Internal Key和User Key的关键。
首先是InternalKey和ParsedInternalKey相互转换的两个函数，如下。
>bool ParseInternalKey (const Slice& internal_key, ParsedInternalKey* result);
>void AppendInternalKey (std::string* result, const ParsedInternalKey& key);
函数实现很简单，就是字符串的拼接与把字符串按字节拆分，代码略过。根据实现，容易得到InternalKey的格式为：
| User key (string) | sequence number (7 bytes) | value type (1 byte) |
由此还可知道sequence number大小是7 bytes，sequence number是所有基于op log系统的关键数据，它唯一指定了不同操作的时间顺序。
把user key放到前面的原因是，这样对同一个user key的操作就可以按照sequence number顺序连续存放了，不同的user key是互不相干的，因此把它们的操作放在一起也没有什么意义。
另外用户可以为user key定制比较函数，系统默认是字母序的。
下面的两个函数是分别从InternalKey中拆分出User Key和Value Type的，非常直观，代码也附上吧。
inline Slice ExtractUserKey(const Slice& internal_key)
{
assert(internal_key.size() >= 8);
return Slice(internal_key.data(), internal_key.size() - 8);
}
inline ValueType ExtractValueType(const Slice& internal_key)
{
assert(internal_key.size() >= 8);
const size_t n = internal_key.size();
uint64_t num = DecodeFixed64(internal_key.data() + n - 8);
unsigned char c = num & 0xff;
return static_cast<ValueType>(c);
}
4.5.2 LookupKey & Memtable Key
Memtable的查询接口传入的是LookupKey，它也是由User Key和Sequence Number组合而成的，从其构造函数：LookupKey(const Slice& user_key, SequenceNumber s)中分析出LookupKey的格式为：
| Size (int32变长)| User key (string) | sequence number (7 bytes) | value type (1 byte) |
两点：
>这里的Size是user key长度+8，也就是整个字符串长度了；
>value type是kValueTypeForSeek，它等于kTypeValue。
>由于LookupKey的size是变长存储的，因此它使用kstart_记录了user key string的起始地址，否则将不能正确的获取size和user key；
LookupKey导出了三个函数，可以分别从LookupKey得到Internal Key，Memtable Key和User Key，如下：
// Return a key suitable for lookup in a MemTable.
Slice memtable_key() const { return Slice(start_, end_ - start_); }
// Return an internal key (suitable for passing to an internal iterator)
Slice internal_key() const { return Slice(kstart_, end_ - kstart_); }
// Return the user key
Slice user_key() const { return Slice(kstart_, end_ - kstart_ - 8); }
其中start_是LookupKey字符串的开始，end_是结束，kstart_是start_+4，也就是user key字符串的起始地址。