leveldb會按照不同版本組織數據（level-0 -> level-n，從新到舊），這些數據以SSTable格式存儲於磁盤上。一個SSTable文件可以看成一個基於磁盤、只讀的map，支持順序掃描，同時可以查找某個key。本文就來探究一下SSTable文件的格式，以及創建過程。
1. SSTable文件格式
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| Data Blocks |
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| Filter Block |
| - - - - - - - - - - - - - - - - |
| Meta Index Block |
| - - - - - - - - - - - - - - - - |
| Index Block |
| - - - - - - - - - - - - - - - - |
| Footer |
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如上就是SSTable的文件格式，整個文件包括一系列的Block，Block是磁盤io以及內存cache的基本單位，通過Block讀寫可以均攤每次IO的開銷，利用局部性原理。Block的大小是用戶可配置的。
1) Data Blocks：存放kv對，即實際的數據。kv對會按照大小劃分成Block，無法保證所有的Block大小一致，但基本接近於配置的Block大小，但是當kv對數據大於該值時，會作爲一個Block。Block內部還包括其他的一些元數據，後文會深入介紹。
2) Filter Block: Filter用於確定SSTable是否包含一個key，從而在查找該key時，避免磁盤IO。Filter Block用於存儲Filter序列化後的結果。
3) Meta Index Block: 用於存放元數據，目前只會kv格式存儲Filter block的偏移量，key是filter.${FILTER_NAME}，value是filter block在文件的偏移量。
4) Index Block: 對Data block的索引，保存了各個Block中最小key，從而確定了Block的key的範圍，加速某個key的搜索。
5) Footer: 元數據的元數據，其中包含Index Block和Meta Index Block的偏移量。Footer之所以在最後，是因爲文件生成時是順序追加的，而Footer的信息又依賴於之前的所有信息，所以只能在最後。由於包含了元數據，所以讀取SSTable時首要的就是加載footer。
2. 數據結構
BlockHandle: 指向文件中的一個Block，有兩個屬性Block的偏移量（offset_）和大小（size_）。
Footer: 表示SSTable文件的Footer，大小固定。
這兩個結構提供到string的序列化和反序列化的方法。
TableBuilder: 構造SSTable的入口。將一系列的kv對構造成SSTable。
BlockBuilder: 構造Block，對添加的kv對進行序列化。
FilterBlockBuilder: 構造Filter Block。
以上便是生成SSTable文件的主要數據結構。
3. BlockBuidler
上文提到Block是數據傳輸的基本單位，在Data Block中通過Block將連續的kv對打包處理，可以利用局部性原理。同時kv按key順序存儲，那麼同一個Block中key的重複內容比例會增加，可以通過壓縮提高空間利用率。
1) Block格式：
| - - Block Content: var len - - | - - Block Type: 1Byte - - | - - CRC: 4Byte - - |
一個Block包含3部分：
（1）Block Content：kv序列化後的內容，是可變長度的字節數組。
（2）Block Type：指定Block是否壓縮，1個字節。
（3）CRC：CRC校驗碼，用於數據完整測試，4個字節。
2) Block Content格式：
| - - KV Entries: var len - - | - - Restart Point Array: 4nBytes - - | - - Num Restart Point: 4Byte - - |
（1）KV Entries：一系列kv內容，Block的實際內容，是可變長度的字節數組。
（2）Restart Point Array：Restart Point數組，每個元素就是一個整形，4n字節。後文會介紹Restart Point的作用。
（3）Num Restart Point：指定了Restart Point數組的長度，4字節。
3) KV Entry格式：
由於kv對按key順序存儲，所以對key採用前綴壓縮以節省空間。
| - - Shared: 4Byte - - | - - Non-shared: 4Byte - - | - - Val Len: 4Byte - - | - - Key Delta: var len - - | - - Value: var len - - |
（1）Shared：與前一個key共同前綴長度。
（2）Non-shared：key非共同前綴長度，Shared + Non-shared等於key的長度。
（3）Val len：value的長度。
（4）Key Delta：存儲去除共同前綴的key。
（5）Value：存放Value。
通過上面描述可以知道，在存儲一個key時，不會存其與前一個key的共同前綴，只會存不同的部分。那麼，從磁盤讀取一個key時，就需要先把前一個key讀出才能獲取完整的可以。這會存在一個問題，如果讀取最後一個key，那麼需要把[1, n-1]個key都讀出才能獲得完整內容。
LevelDB通過引入Restart Point來解決上述問題，每個Restart Point相當於前綴壓縮的重啓點。Restart Point指向一個key，它會存儲完整的內容，其Shared等於0。通過在一些kv中平均插入多個Restart Point，可以減少前綴解壓縮讀取的長度。默認，LevelDB中放置Restart Point的間隔爲16，保證最壞情況下最多隻要讀取15個key就能獲取一個key的完整內容。
同時，Restart Point指向的key也是排序的，可以把底層kv序列的二級索引，在進行key搜索時，先進行Restart Point的二分查找框定範圍，然後再在指定的key範圍內線性查找。
4. FilterBlock
Filter用於加快key搜索，避免無效的磁盤IO。LevelDB本身提供Bloom Filter。可以簡單把Filter當做是一個集合，用於判斷一個key是否存在於該集合。FilterBlock中存放的是SSTable文件中所有key組成的集合信息（就是Filter根據key進行序列化後的結果）。
1) FilterBlock格式：
| - - Encoded Filter Array: var len - - | - - Filter Offset Array: 4nByte - - | - - Offset of Offset Array: 4Byte - - | - - Base lg: 1Byte -- |
（1）Encoded Filter Array：經過Filter序列化的字節數組，由n個Filter的信息組成。
（2）Filter Offset Array：指定每個Filter在Encoded Filter Array中的偏移量。
（3）Offset of Offset Array：Filter Offset Array的偏移量。
（4）Base lg：2^(Base lg)是對數據塊構造Filter的最小size。LevelDB默認是2KB。
2) 流程：
LevelDB對於創建Filter源數據的大小有要求，不能小於2KB，這麼做是爲了防止源數據過小，導致取Filter的粒度過小，單位Block對應Filter的空間使用率過大，會比較浪費。
Encoded Filter Array與Data Block之間的對應關係稍微複雜些，當Block小於2KB時（比如1KB），那麼多個Block會使用一個Filter。如果Block大於2KB（比如4KB），那麼一個Block對應一個Filter。
在每次開始一個新的Block時，會調用FilterBuilder.StartBlock()方法，這裏會確定Block與Filter之間的對應關係，如果前一個Filter已經完成，會生成這個Filter。在所有Key添加完畢後，會調用FilterBuilder.Finish()方法進行整體序列化，並返回序列化後的結果。
5. TableBuilder
TableBuilder是對外生成SSTable的接口，通過Add方法接收一個個kv，依託於底層的BlockBuidler創建Block，如果當前的Block大小超過預設的值，會調用BlockBuilder的Finish方法進行序列化，然後追加到文件。在所有kv添加完畢後，調用TableBuilder.Finish方法追加元數據，包括Filter Block，Meta Index Block，Index Block以及Footer。
6. 總結
上述介紹的是SSTable的磁盤表現形式，設計的相當精巧，包括但不限於前綴壓縮，Restart Point的引入，Filter的源數據塊劃分等。下一篇會介紹SSTable的讀取，即內存表現形式。