5 大关键技术助力 YashanDB 实现高效数据压缩

随着数据量呈爆发式增长，数据库系统在存储效率和查询性能间的平衡成为核心技术难题。如何有效降低数据存储空间占用，同时保证快速访问和高吞吐，是面向海量数据处理场景的数据库设计关键。YashanDB 作为面向在线事务处理（OLTP）、实时分析（HTAP）及海量分析处理（OLAP）场景的高性能数据库，深度融合领先的存储架构与压缩技术，提供高效的数据压缩解决方案。本文将针对 YashanDB 中的五大关键技术进行专业分析，探讨其如何提升数据压缩的效率与性能，适用于数据库开发人员、DBA 及系统架构师等技术群体。

列式存储与原地更新机制

YashanDB 采用可变列式存储（MCOL）和稳态列式存储（SCOL）相结合的架构，分别用于热数据和冷数据的存储优化。在 MCOL 层面，数据以段页式方式按列分割存储，每一列数据在物理上连续排列，这种列式布局本身有助于实现高效的压缩比。不同于传统列存数据库的追加写入，YashanDB 支持列式数据的原地更新（in-place update），避免“墓碑”标记带来的空间膨胀和额外的垃圾回收成本。undo 日志管理事务一致性的同时，支持快速回滚，从而保证数据压缩的同时，事务操作的性能不受影响。MCOL 结合原地更新机制显著提升了持续写入环境下的数据压缩效率和存储密度。

冷热数据分区与后台转换任务

针对稳定与频繁变更数据的不同特性，YashanDB 引入冷热数据分区策略，在分布式和共享集群环境下自动管理数据的存储状态。数据初次写入以活跃切片（MCOL 格式）存储，支持高频更新，适合实时业务需求。后台转换任务异步进行数据由 MCOL 向 SCOL（切片式存储）转变，稳态切片利用先进的编码和大颗粒度压缩算法对冷数据进行存储优化，同时支持数据合并和稀疏索引，减少存储冗余并提升查询效率。该策略实现了冷热数据分离与分层存储，降低了整体存储空间需求同时保证热数据的高更新性能。

多级空间管理与双写机制

YashanDB 采用段-区-页三级空间管理结构，细粒度地管理存储空间分配，提高空间利用率。采用预留空间机制（PCT Free）优化页内空间使用，减少行迁移带来的额外开销，有效支持变长数据类型的压缩存储。针对数据安全和存储一致性引入双写技术，即数据块写入时先写入双写区，避免因服务器断电导致的断裂页（fractured block）问题。双写区使系统能在异常恢复时，通过双写日志恢复数据完整性，保障在复杂存储环境下的数据稳定与完整，支持压缩数据的一致写入。

基于向量化计算的高效执行引擎

YashanDB 优化器支持基于统计信息的代价模型选择最优执行计划，并深度集成向量化计算框架。向量化计算指多个数据元素批量处理，利用 SIMD 指令集实现并行操作，显著提高 CPU 利用率。在数据压缩场景中，向量化执行减少了 CPU 循环指令开销，加速压缩算法及解压缩过程，同时帮助优化查询执行中的编码解码流水线。向量化计算框架与列式存储架构相辅相成，有效提升查询性能和压缩数据的实时解码速度。

智能统计信息与代价优化

YashanDB 内置动态统计信息收集与管理机制，包括表、列和索引的多维度统计，周期性刷新并支持采样和并行统计。优化器基于最新统计数据实施成本基优化（CBO），综合考虑压缩存储带来的 IO 减少、CPU 计算开销及内存使用，动态调整执行计划。通过 HINT 及优化器参数，用户可以针对压缩数据特点进行执行路径引导。智能统计与代价优化机制使得 YashanDB 能灵活适配不同业务负载，实现数据压缩和查询性能的最佳平衡。

总结与技术建议

优先采用 MCOL 和 SCOL 混合存储：根据数据冷热和变更频率合理规划存储格式，实现空间和性能的最优配置。

合理配置后台转换任务：结合业务吞吐量，合理设定 MCOL 转 SCOL 的批处理参数，避免转化过程阻塞业务操作。

调优 PCT Free 及空间管理策略：基于实际数据变更特性调整页内空间预留，降低行迁移，提高空间利用率，减少碎片。

启用向量化执行：在性能敏感场景下开启向量化计算，提高 CPU 指令的并行处理能力，缩短压缩数据编码/解码时间。

动态维护统计信息：定期更新数据统计并监控查询计划，对数据库参数和优化器提示进行充分利用，提升压缩数据访问效率。

结论

通过集成先进的列式存储管理、冷热分区与动态转换机制、多级空间管理、向量化计算引擎及智能优化策略，YashanDB 实现了高效且动态适应业务需求的数据压缩方案。在未来，随着数据规模的持续扩大及实时分析场景的普及，持续优化压缩技术将成为数据库系统提升存储效率和查询性能的核心竞争力。数据库技术人员需持续关注压缩与执行引擎协同发展的趋势，推动数据库在大数据时代实现更高效、更稳定的运营。