boltdb 介绍

boltdb是一个纯go编写的支持事务的文件型单机kv数据库

• 支持事务： boltdb数据库支持两类事务：读写事务、只读事务。这一点就和其他kv数据库有很大区别
• 文件型： boltdb所有的数据都是存储在磁盘上的，所以它属于文件型数据库。这里补充一下个人的理解，在某种维度来看，boltdb很像一个简陋版的innodb存储引擎。底层数据都存储在文件上，同时数据都涉及数据在内存和磁盘的转换。但不同的是，innodb在事务上的支持比较强大
• 单机： boltdb不是分布

例子

package main
 
import (
    "log"
 
    "github.com/boltdb/bolt"
)
 
func main() {
    // 打开数据库文件
    db, err := bolt.Open("./my.db", 0600, nil)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer db.Close()
    // 往db里面插入数据
    err = db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
        //创建一个bucket（一系列的k/v集合，可嵌套）
        bucket, err := tx.CreateBucketIfNotExists([]byte("user"))
        if err != nil {
            log.Fatalf("CreateBucketIfNotExists err:%s", err.Error())
            return err
        }
        //在bucket中放入一个k/v数据
        if err = bucket.Put([]byte("hello"), []byte("world")); err != nil {
            log.Fatalf("bucket Put err:%s", err.Error())
            return err
        }
        return nil
    })
    if err != nil {
        log.Fatalf("db.Update err:%s", err.Error())
    }
    // 从db里面读取数据
    err = db.View(func(tx *bolt.Tx) error {
        //找到bucket
        bucket := tx.Bucket([]byte("user"))
        //找k/v数据
        val := bucket.Get([]byte("hello"))
        log.Printf("the get val:%s", val)
        val = bucket.Get([]byte("hello2"))
        log.Printf("the get val2:%s", val)
        return nil
    })
    if err != nil {
        log.Fatalf("db.View err:%s", err.Error())
    }
}

1.打开数据库文件

2.开始一个事务

3.创建一个bucket（一系列的k/v集合，可嵌套）

4.在bucket中放入一个k/v数据 5.关闭事务

每一系列的操作都是一次事务操作，要么是只读事务，要么是读写事务。每次对数据的增删改查操作都是基于bucket进行。

boltdb 结构

在boltdb中，一个db对应一个真实的磁盘文件。

而在具体的文件中，boltdb又是按照以page为单位来读取和写入数据的，也就是说所有的数据在磁盘上都是按照页(page)来存储的，而此处的页大小是保持和操作系统对应的内存页大小一致，也就是4k。

DB

这里只是把DB的一些重要属性列了出来

data，dataref：使用mmap 映射的实际 db 数据
meta0，meta1：元数据，存储数据库的元信息，例如空闲列表页id、放置桶的根页等
pageSize：页(page)大小
freelist：空闲列表页，所有已经可以重新利用的空闲页列表ids、将来很快被释放掉的事务关联的页列表pending、页id的缓存

type DB struct {
 
    path     string
    file     *os.File // DB 文件
    dataref  []byte   // mmap'ed readonly, write throws SEGV
    data     *[maxMapSize]byte // 实际文件数据
    meta0    *meta
    meta1    *meta
    pageSize int
    freelist *freelist
 
    // 操作文件
    ops struct {
        writeAt func(b []byte, off int64) (n int, err error)
    }
     
}

meta

meta page 是 boltDB 实例元数据所在处，它告诉人们它是什么以及如何理解整个数据库文件，其结构如下：

type meta struct {
    magic    uint32
    version  uint32
    pageSize uint32
    flags    uint32
    root     bucket 
    freelist pgid
    pgid     pgid
    txid     txid
    checksum uint64
}

字段	说明
magic	一个生成好的 32 位随机数，用来确定该文件是一个 boltDB 实例的数据库文件（另一个文件起始位置拥有相同数据的可能性极低）
version	表明该文件所属的 boltDB 版本，便于日后做兼容与迁移
page_size	上文提到的 PAGE_SIZE
flags	保留字段，未使用
root	boltDB 实例的所有索引及数据通过一种树形结构组织，而这个树形结构的根节点就是 root，也就是二叉树的根节点
freelist	boltDB 在数据删除过程中可能出现剩余磁盘空间，这些空间会被分块记录在 freelist 中备用
pgid	下一个将要分配的 page id (已分配的所有 pages 的最大 id 加 1)
txid	下一个将要分配的事务 id。事务 id 单调递增，是每个事务发生的逻辑时间，它在实现 boltDB 的并发访问控制中起到重要作用
checksum	用于确认 meta page 数据本身的完整性，保证读取的就是上一次正确写入的数据

为什么DB中有两份 meta page？这可以理解为一种本地容错方案：如果一个事务在 meta page 落盘的过程中崩溃，磁盘上的数据就可能处在不正确的状态，导致数据库文件不可用。因此 boltDB 准备了两份 meta page A 和 B，如果上次写入的是 A，这次就写入 B，反之亦然，以此保证发现一份 meta page 失效时，可以立即将数据恢复到另一个 meta page 表示的状态。下面这段代码就是说明上述情况

// meta retrieves the current meta page reference.
func (db *DB) meta() *meta {
    // We have to return the meta with the highest txid which doesn't fail
    // validation. Otherwise, we can cause errors when in fact the database is
    // in a consistent state. metaA is the one with the higher txid.
    metaA := db.meta0
    metaB := db.meta1
    if db.meta1.txid > db.meta0.txid {
        metaA = db.meta1
        metaB = db.meta0
    }
 
    // Use higher meta page if valid. Otherwise fallback to previous, if valid.
    if err := metaA.validate(); err == nil {
        return metaA
    } else if err := metaB.validate(); err == nil {
        return metaB
    }
 
    // This should never be reached, because both meta1 and meta0 were validated
    // on mmap() and we do fsync() on every write.
    panic("bolt.DB.meta(): invalid meta pages")

Page

type pgid uint64
type page struct {
    // 页id 8字节
    id pgid
    // flags：页类型，可以是分支，叶子节点，元信息，空闲列表  2字节，该值的取值详细参见下面描述
    flags uint16
    // 个数 2字节，统计叶子节点、非叶子节点、空闲列表页的个数
    count uint16
    // 4字节，数据是否有溢出，主要在空闲列表上有用
    overflow uint32
    // 真实的数据
    ptr uintptr
}

其中，ptr是一个无类型指针，它就是表示每页中真实的存储的数据地址。而其余的几个字段(id、flags、count、overflow)是页头信息。

字段	说明
id	page id
flags	区分 page 类型的标识
count	记录 page 中的元素个数
overflow	当遇到体积巨大、单个 page 无法装下的数据时，会溢出到其它 pages，overflow 记录溢出数
ptr	指向 page 数据的内存地址，该字段仅在内存中存在

Bucket

在boltdb中，一个db对应底层的一个磁盘文件。一个db就像一个大柜子一样，其中可以被分隔多个小柜子，用来存储同类型的东西。每个小柜子在boltdb中就是Bucket了。bucket英文为桶。很显然按照字面意思来理解，它在生活中也是存放数据的一种容器。目前为了方便大家理解，在boltdb中的Bucket可以粗略的认为，它里面主要存放的内容就是我们的k/v键值对。

// 16 byte
const bucketHeaderSize = int(unsafe.Sizeof(bucket{}))
const (
    minFillPercent = 0.1
    maxFillPercent = 1.0
)
// DefaultFillPercent is the percentage that split pages are filled.
// This value can be changed by setting Bucket.FillPercent.
const DefaultFillPercent = 0.5
// Bucket represents a collection of key/value pairs inside the database.
// 一组key/value的集合，也就是一个b+树
type Bucket struct {
    *bucket //在内联时bucket主要用来存储其桶的value并在后面拼接所有的元素，即所谓的内联
    tx       *Tx                // the associated transaction
    buckets  map[string]*Bucket // subbucket cache
    page     *page              // inline page reference，内联页引用
    rootNode *node              // materialized node for the root page.
    nodes    map[pgid]*node     // node cache
    // Sets the threshold for filling nodes when they split. By default,
    // the bucket will fill to 50% but it can be useful to increase this
    // amount if you know that your write workloads are mostly append-only.
    //
    // This is non-persisted across transactions so it must be set in every Tx.
    // 填充率
    FillPercent float64
}
// bucket represents the on-file representation of a bucket.
// This is stored as the "value" of a bucket key. If the bucket is small enough,
// then its root page can be stored inline in the "value", after the bucket
// header. In the case of inline buckets, the "root" will be 0.
type bucket struct {
    root     pgid   // page id of the bucket's root-level page
    sequence uint64 // monotonically incrementing, used by NextSequence()
}
// newBucket returns a new bucket associated with a transaction.
func newBucket(tx *Tx) Bucket {
    var b = Bucket{tx: tx, FillPercent: DefaultFillPercent}
    if tx.writable {
        b.buckets = make(map[string]*Bucket)
        b.nodes = make(map[pgid]*node)
    }
    return b
}

node

node节点，既可能是叶子节点，也可能是根节点，也可能是分支节点。是物理磁盘上读取进来的页page的内存表现形式。

// node represents an in-memory, deserialized page.
type node struct {
    bucket     *Bucket // 关联一个桶
    isLeaf     bool
    unbalanced bool   // 值为true的话，需要考虑页合并
    spilled    bool   // 值为true的话，需要考虑页分裂
    key        []byte // 对于分支节点的话，保留的是最小的key
    pgid       pgid   // 分支节点关联的页id
    parent     *node  // 该节点的parent
    children   nodes  // 该节点的孩子节点
    inodes     inodes // 该节点上保存的索引数据
}
// inode represents an internal node inside of a node.
// It can be used to point to elements in a page or point
// to an element which hasn't been added to a page yet.
type inode struct {
    // 表示是否是子桶叶子节点还是普通叶子节点。如果flags值为1表示子桶叶子节点，否则为普通叶子节点
    flags uint32
    // 当inode为分支元素时，pgid才有值，为叶子元素时，则没值
    pgid pgid
    key  []byte
    // 当inode为分支元素时，value为空，为叶子元素时，才有值
    value []byte
}
type inodes []inode

整体结构

file 是 整理文件的结构，page 是页的结构，flags 是说明这一页存储的是什么数据

关系

刚刚我们提到了 DB，Bucket，Page，Node，那么他们之间的关系是什么样子的呢？

DB 中的操作其实是通过 TX（事物）进行操作的，每一个TX 都会拷贝当前的 meta 信息，也会拷贝当前的root bucket，bucket 中就会记录着每一个page 和 当前这些 page 有那一些node

// init initializes the transaction.
func (tx *Tx) init(db *DB) {
    tx.db = db
    tx.pages = nil
 
    // Copy the meta page since it can be changed by the writer.
    tx.meta = &meta{}
    // 实现MVCC的关键，复制meta
    db.meta().copy(tx.meta)
 
    // Copy over the root bucket.
    tx.root = newBucket(tx)
    tx.root.bucket = &bucket{}
    *tx.root.bucket = tx.meta.root
 
    // Increment the transaction id and add a page cache for writable transactions.
    // 如果是写事物，则会记录当前这个TX的新增加的 page
    if tx.writable {
        tx.pages = make(map[pgid]*page)
        tx.meta.txid += txid(1)
    }
}

boltdb 读写流程

boltdb 的读写流程是通过 Cursor 来实现的，对于Cursor，你可以简单理解是 对Bucket这颗b+树的遍历工作，一个Bucket对象关联一个Cursor。

读写流程

写一个k/v 数据，写一个 key 的数据其实就是往 bucket

• 先获取到 c := b.Cursor()
• 通过 c.seek(key) 找到 key
• 写到 node 中去：c.node().put(key, key, value, 0, 0)

func (b *Bucket) Put(key []byte, value []byte) error {
    if b.tx.db == nil {
        return ErrTxClosed
    } else if !b.Writable() {
        return ErrTxNotWritable
    } else if len(key) == 0 {
        return ErrKeyRequired
    } else if len(key) > MaxKeySize {
        return ErrKeyTooLarge
    } else if int64(len(value)) > MaxValueSize {
        return ErrValueTooLarge
    }
 
    // Move cursor to correct position.
    c := b.Cursor()
    k, _, flags := c.seek(key)
 
    // Return an error if there is an existing key with a bucket value.
    if bytes.Equal(key, k) && (flags&bucketLeafFlag) != 0 {
        return ErrIncompatibleValue
    }
 
    // Insert into node.
    key = cloneBytes(key)
    c.node().put(key, key, value, 0, 0)
 
    return nil
}

在获取到这个 node 之前，这个node 的内存数据已经指向了磁盘文件中的一个page

// node creates a node from a page and associates it with a given parent.
func (b *Bucket) node(pgid pgid, parent *node) *node {
    _assert(b.nodes != nil, "nodes map expected")
 
    // Retrieve node if it's already been created.
    if n := b.nodes[pgid]; n != nil {
        return n
    }
 
    // Otherwise create a node and cache it.
    n := &node{bucket: b, parent: parent}
    if parent == nil {
        b.rootNode = n
    } else {
        parent.children = append(parent.children, n)
    }
 
    // Use the inline page if this is an inline bucket.
    var p = b.page
    if p == nil {
        p = b.tx.page(pgid)
    }
 
    // Read the page into the node and cache it.
    n.read(p) // 这里的 p 就是内存磁盘数据
    b.nodes[pgid] = n
 
    // Update statistics.
    b.tx.stats.NodeCount++
 
    return n
}

事务实现

事务可以说是一个数据库必不可少的特性，对boltdb而言也不例外。我们都知道提到事务，必然会想到事务的四大特性 ACID。

ACID 的实现

• 原子性: 在boltdb中，数据先写内存，然后再提交时刷盘。如果其中有异常发生，事务就会回滚。同时再加上同一时间只有一个进行对数据执行写入操作。所以它要么写成功提交、要么写失败回滚。也就支持原子性了。
• 隔离性: TX 在初始化的时候会保留一整套完整的视图和元数据信息，彼此之间相互隔离。因此通过这两点就保证了隔离性。
• 持久性: boltdb是一个文件数据库，所有的数据最终都保存在文件中。当事务结束(Commit)时，会将数据进行刷盘。同时，boltdb通过冗余一份元数据来做容错。
  当事务提交时，如果写入到一半机器挂了，此时数据就会有问题。而当boltdb再次恢复时，会对元数据进行校验和修复。这两点就保证事务中的持久性。

读写&只读事务

• 在boltdb中支持两类事务：读写事务、只读事务。同一时间有且只能有一个读写事务执行；但同一个时间可以允许有多个只读事务执行。每个事务都拥有自己的一套一致性视图。

• 事物由三个步骤：Begin，Commit，Rollback 分别是 开始，提交，回滚事物。

Begin

在读写事务中，开始事务时加锁，也就是db.rwlock.Lock()。在事务提交或者回滚时才释放锁:db.rwlock.UnLock()。同时也印证了我们前面说的，同一时刻只能有一个读写事务在执行。

// beginTx 只读事物
func (db *DB) beginTx() (*Tx, error) {
    // Lock the meta pages while we initialize the transaction. We obtain
    // the meta lock before the mmap lock because that's the order that the
    // write transaction will obtain them.
    db.metalock.Lock()
 
    // Obtain a read-only lock on the mmap. When the mmap is remapped it will
    // obtain a write lock so all transactions must finish before it can be
    // remapped.
    db.mmaplock.RLock()
 
    // Exit if the database is not open yet.
    if !db.opened {
        db.mmaplock.RUnlock()
        db.metalock.Unlock()
        return nil, ErrDatabaseNotOpen
    }
 
    // Create a transaction associated with the database.
    t := &Tx{}
    t.init(db)
 
    // Keep track of transaction until it closes.
    db.txs = append(db.txs, t)
    n := len(db.txs)
 
    // Unlock the meta pages.
    db.metalock.Unlock()
 
    // Update the transaction stats.
    db.statlock.Lock()
    db.stats.TxN++
    db.stats.OpenTxN = n
    db.statlock.Unlock()
 
    return t, nil
}
 
// 读写事物
func (db *DB) beginRWTx() (*Tx, error) {
    // If the database was opened with Options.ReadOnly, return an error.
    if db.readOnly {
        return nil, ErrDatabaseReadOnly
    }
 
    // Obtain writer lock. This is released by the transaction when it closes.
    // This enforces only one writer transaction at a time.
    db.rwlock.Lock()
 
    // Once we have the writer lock then we can lock the meta pages so that
    // we can set up the transaction.
    db.metalock.Lock()
    defer db.metalock.Unlock()
 
    // Exit if the database is not open yet.
    if !db.opened {
        db.rwlock.Unlock()
        return nil, ErrDatabaseNotOpen
    }
 
    // Create a transaction associated with the database.
    t := &Tx{writable: true}
    t.init(db)
    db.rwtx = t
 
    // Free any pages associated with closed read-only transactions.
    var minid txid = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF
   // 找到最小的事务id
    for _, t := range db.txs {
        if t.meta.txid < minid {
            minid = t.meta.txid
        }
    }
    if minid > 0 {
        // 将之前事务关联的page全部释放了，因为在只读事务中，没法释放，只读事务的页，因为可能当前的事务已经完成 ，但实际上其他的读事务还在用
        db.freelist.release(minid - 1)
    }
 
    return t, nil
}

Commit

• 先判定节点要不要合并、分裂
• 对空闲列表的判断，是否存在溢出的情况，溢出的话，需要重新分配空间
• 将事务中涉及改动的页进行排序(保证尽可能的顺序IO)，排序后循环写入到磁盘中，最后再执行刷盘
• 当数据写入成功后，再将元信息页写到磁盘中，刷盘以保证持久化
• 上述操作中，但凡有失败，当前事务都会进行回滚

func (tx *Tx) Commit() error {
    _assert(!tx.managed, "managed tx commit not allowed")
    if tx.db == nil {
        return ErrTxClosed
    } else if !tx.writable {
        return ErrTxNotWritable
    }
 
    // TODO(benbjohnson): Use vectorized I/O to write out dirty pages.
 
    // Rebalance nodes which have had deletions.
    var startTime = time.Now()
    //  删除时，进行平衡，页合并
    tx.root.rebalance()
    if tx.stats.Rebalance > 0 {
        tx.stats.RebalanceTime += time.Since(startTime)
    }
 
    // spill data onto dirty pages.
    startTime = time.Now()
    if err := tx.root.spill(); err != nil {
        tx.rollback()
        return err
    }
    tx.stats.SpillTime += time.Since(startTime)
 
    // Free the old root bucket.
    tx.meta.root.root = tx.root.root
 
    opgid := tx.meta.pgid
 
    // Free the freelist and allocate new pages for it. This will overestimate
    // the size of the freelist but not underestimate the size (which would be bad).
    tx.db.freelist.free(tx.meta.txid, tx.db.page(tx.meta.freelist))
    p, err := tx.allocate((tx.db.freelist.size() / tx.db.pageSize) + 1)
    if err != nil {
        tx.rollback()
        return err
    }
    // 将freelist写入到连续的新页中
    if err := tx.db.freelist.write(p); err != nil {
        tx.rollback()
        return err
    }
    tx.meta.freelist = p.id
 
    // If the high water mark has moved up then attempt to grow the database.
    if tx.meta.pgid > opgid {
        if err := tx.db.grow(int(tx.meta.pgid+1) * tx.db.pageSize); err != nil {
            tx.rollback()
            return err
        }
    }
 
    // Write dirty pages to disk.
    startTime = time.Now()
    // 写入变动的数据
    if err := tx.write(); err != nil {
        tx.rollback()
        return err
    }
 
    // If strict mode is enabled then perform a consistency check.
    // Only the first consistency error is reported in the panic.
    if tx.db.StrictMode {
        ch := tx.Check()
        var errs []string
        for {
            err, ok := <-ch
            if !ok {
                break
            }
            errs = append(errs, err.Error())
        }
        if len(errs) > 0 {
            panic("check fail: " + strings.Join(errs, "\n"))
        }
    }
 
    // Write meta to disk.
    if err := tx.writeMeta(); err != nil {
        tx.rollback()
        return err
    }
    tx.stats.WriteTime += time.Since(startTime)
 
    // Finalize the transaction.
    tx.close()
 
    // Execute commit handlers now that the locks have been removed.
    for _, fn := range tx.commitHandlers {
        fn()
    }
 
    return nil
}
 
// write writes any dirty pages to disk.
func (tx *Tx) write() error {
    // Sort pages by id.
    pages := make(pages, 0, len(tx.pages))
    for _, p := range tx.pages {
        pages = append(pages, p)
    }
    // Clear out page cache early.
    tx.pages = make(map[pgid]*page)
    sort.Sort(pages)
 
    // Write pages to disk in order.
    for _, p := range pages {
        size := (int(p.overflow) + 1) * tx.db.pageSize
        offset := int64(p.id) * int64(tx.db.pageSize)
 
        // Write out page in "max allocation" sized chunks.
        ptr := (*[maxAllocSize]byte)(unsafe.Pointer(p))
        for {
            // Limit our write to our max allocation size.
            sz := size
            if sz > maxAllocSize-1 {
                sz = maxAllocSize - 1
            }
 
            // Write chunk to disk.
            buf := ptr[:sz]
            if _, err := tx.db.ops.writeAt(buf, offset); err != nil {
                return err
            }
 
            // Update statistics.
            tx.stats.Write++
 
            // Exit inner for loop if we've written all the chunks.
            size -= sz
            if size == 0 {
                break
            }
 
            // Otherwise move offset forward and move pointer to next chunk.
            offset += int64(sz)
            ptr = (*[maxAllocSize]byte)(unsafe.Pointer(&ptr[sz]))
        }
    }
 
    // Ignore file sync if flag is set on DB.
    if !tx.db.NoSync || IgnoreNoSync {
        if err := fdatasync(tx.db); err != nil {
            return err
        }
    }
 
    // Put small pages back to page pool.
    for _, p := range pages {
        // Ignore page sizes over 1 page.
        // These are allocated using make() instead of the page pool.
        if int(p.overflow) != 0 {
            continue
        }
 
        buf := (*[maxAllocSize]byte)(unsafe.Pointer(p))[:tx.db.pageSize]
 
        // See https://go.googlesource.com/go/+/f03c9202c43e0abb130669852082117ca50aa9b1
        for i := range buf {
            buf[i] = 0
        }
        tx.db.pagePool.Put(buf)
    }
 
    return nil
}

Rollback

Rollback()中，主要对不同事务进行不同操作：

• 如果当前事务是只读事务，则只需要从db中的txs中找到当前事务，然后移除掉即可。
• 如果当前事务是读写事务，则需要将空闲列表中和该事务关联的页释放掉，同时重新从freelist中加载空闲页。

// Rollback closes the transaction and ignores all previous updates. Read-only
// transactions must be rolled back and not committed.
func (tx *Tx) Rollback() error {
    _assert(!tx.managed, "managed tx rollback not allowed")
    if tx.db == nil {
        return ErrTxClosed
    }
    tx.rollback()
    return nil
}
func (tx *Tx) rollback() {
    if tx.db == nil {
        return
    }
    if tx.writable {
        // 移除该事务关联的pages
        tx.db.freelist.rollback(tx.meta.txid)
        // 重新从freelist页中读取构建空闲列表
        tx.db.freelist.reload(tx.db.page(tx.db.meta().freelist))
    }
    tx.close()
}
func (tx *Tx) close() {
    if tx.db == nil {
        return
    }
    if tx.writable {
        // Grab freelist stats.
        var freelistFreeN = tx.db.freelist.free_count()
        var freelistPendingN = tx.db.freelist.pending_count()
        var freelistAlloc = tx.db.freelist.size()
        // Remove transaction ref & writer lock.
        tx.db.rwtx = nil
        tx.db.rwlock.Unlock()
        // Merge statistics.
        tx.db.statlock.Lock()
        tx.db.stats.FreePageN = freelistFreeN
        tx.db.stats.PendingPageN = freelistPendingN
        tx.db.stats.FreeAlloc = (freelistFreeN + freelistPendingN) * tx.db.pageSize
        tx.db.stats.FreelistInuse = freelistAlloc
        tx.db.stats.TxStats.add(&tx.stats)
        tx.db.statlock.Unlock()
    } else {
        // 只读事务
        tx.db.removeTx(tx)
    }
    // Clear all references.
    tx.db = nil
    tx.meta = nil
    tx.root = Bucket{tx: tx}
    tx.pages = nil
}
// removeTx removes a transaction from the database.
func (db *DB) removeTx(tx *Tx) {
    // Release the read lock on the mmap.
    db.mmaplock.RUnlock()
    // Use the meta lock to restrict access to the DB object.
    db.metalock.Lock()
    // Remove the transaction.
    for i, t := range db.txs {
        if t == tx {
            last := len(db.txs) - 1
            db.txs[i] = db.txs[last]
            db.txs[last] = nil
            db.txs = db.txs[:last]
            break
        }
    }
    n := len(db.txs)
    // Unlock the meta pages.
    db.metalock.Unlock()
    // Merge statistics.
    db.statlock.Lock()
    db.stats.OpenTxN = n
    db.stats.TxStats.add(&tx.stats)
    db.statlock.Unlock()
}

boltDB 的 MVCC 实现

数据库通常需要能够并发处理多个正在进行的只读事务和读写事务，但如果没能处理好 ”新写入的数据什么时候对哪些事务可见“ 的问题，就会导致读取的数据前后不一致。数据库的使用者通常会认为数据库中的数据应该是”突变”的，这种“突变”用计算机语言来描述，就是：数据库状态以读写事务为单位，进行原子性变化。

boltDB 将数据库文件分成大小相等的若干块，每块是一个 page，如下图所示：

meta page

meta page 存储数据库的元信息，包括 root bucket 等。在读写事务执行过程中，可能在增删改键值数据的过程中修改 root bucket，引起 meta page 的变化。因此在初始化事务时，每个事务都需要复制一份独立 meta，以防止读写事务的执行影响到只读事务。

freelist page

freelist 负责记录整个实例的可分配 page 信息，在读写事务执行过程中，会从 freelist 中申请新的 pages，也会释放 pages 到 freelist 中，引起 freelist page 的变化。由于 boltDB 只允许一个读写事务同时进行，且只有读写事务需要访问 freelist page，因此 freelist page 全局只存一份即可，无需复制。

mmap

在数据存储层一节中介绍过，boltDB 将数据的读缓冲托管给 mmap。每个只读事务在启动时需要获取 mmap 的读锁，保证所读取数据的正确性；当读写事务申请新 pages 时，可能出现当前 mmap 的空间不足，需要重新 mmap 的情况，这时读写事务就需要获取 mmap 的写锁，这时就需要等待所有只读事务执行完毕后才能继续。因此 boltDB 也建议用户，如果可能出现长时间的只读事务，务必将 mmap 的初始大小调高一些。

版本号

每当 boltDB 执行新的读写事务，就有可能产生新版本的数据，因此只要读写事务的 id 是单调递增的，就可以利用事务 id 作为数据的版本号。

参考

• B+: Boltdb
• Go存储引擎资料分享
• 自底向上分析 BoltDB 源码
• https://github.com/jaydenwen123/learn-bolt
• boltdb 源码分析