ModuForge 文件处理库 🚀
一个高性能、高可靠性的文件格式处理库，专为现代应用程序的数据持久化需求设计。提供了双格式支持，兼顾极致性能和跨平台兼容性。
✨ 核心亮点
🏎️ 极致性能
- 零拷贝读取: 基于内存映射(mmap)实现，避免不必要的数据复制
- 预分配优化: 智能的文件空间预分配，减少系统调用开销
- 并发友好: 读操作完全无锁，支持高并发访问
- 批量操作: 优化的批处理接口，提升大数据量处理效率
🛡️ 数据安全
- 双重校验: CRC32 + BLAKE3 双重校验机制，确保数据完整性
- 损坏恢复: 自动跳过损坏记录，最大化数据可恢复性
- 原子操作: 写操作的原子性保证，避免半写状态
- 格式验证: 严格的文件格式检查，防止数据污染
🔧 设计灵活
- 双格式架构: 单文件格式 + ZIP容器格式，适应不同场景
- 多序列化支持: JSON/CBOR/MessagePack 灵活选择
- 插件扩展: 内置插件状态管理，支持功能扩展
- 版本兼容: 向后兼容的格式设计，平滑升级
🏗️ 架构设计
graph TB
A[ModuForge File] --> B[单文件格式 .mff]
A --> C[ZIP容器格式 .ysf]
B --> D[record.rs<br/>基础记录读写]
B --> E[document.rs<br/>分段文档]
C --> F[zipdoc/writer.rs<br/>ZIP写入器]
C --> G[zipdoc/reader.rs<br/>ZIP读取器]
C --> H[zipdoc/formats/<br/>多格式支持]
I[error.rs<br/>统一错误处理] --> A
J[history.rs<br/>历史记录] --> A
格式对比
| 特征 |
单文件格式 (.mff) |
ZIP容器格式 (.ysf) |
| 性能 |
⭐⭐⭐⭐⭐ 极致 |
⭐⭐⭐⭐ 优秀 |
| 文件大小 |
⭐⭐⭐⭐⭐ 最小 |
⭐⭐⭐ 良好 |
| 随机访问 |
⭐⭐⭐ 支持 |
⭐⭐⭐⭐⭐ 优秀 |
| 跨平台性 |
⭐⭐⭐⭐ 良好 |
⭐⭐⭐⭐⭐ 完美 |
| 调试友好 |
⭐⭐ 基础 |
⭐⭐⭐⭐⭐ 优秀 |
| 标准兼容 |
⭐⭐⭐ 自定义 |
⭐⭐⭐⭐⭐ ZIP标准 |
🚀 快速开始
添加依赖
[dependencies]
moduforge-file = "0.1.0"
基础示例：单文件格式
use moduforge_file::{Writer, Reader, Result};
fn basic_example() -> Result<()> {
let mut writer = Writer::create("data.mff", 64 * 1024 * 1024)?;
let offset1 = writer.append(b"Hello, ModuForge!")?;
let offset2 = writer.append(b"High performance storage")?;
writer.flush()?;
let reader = Reader::open("data.mff")?;
let data1 = reader.get_at(offset1)?;
let data2 = reader.get_at(offset2)?;
println!("数据1: {}", String::from_utf8_lossy(data1));
println!("数据2: {}", String::from_utf8_lossy(data2));
Ok(())
}
进阶示例：结构化文档
use moduforge_file::{DocumentWriter, DocumentReader, SegmentType, Result};
use serde_json::json;
fn document_example() -> Result<()> {
let mut writer = DocumentWriter::begin("document.mff")?;
let metadata = json!({
"title": "示例文档",
"version": "1.0.0",
"created": "2024-01-01T00:00:00Z",
"author": "ModuForge Team"
});
let meta_bytes = serde_json::to_vec(&metadata)?;
writer.add_segment(SegmentType::Meta, &meta_bytes)?;
let schema = br#"<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">
<xs:element name="root" type="xs:string"/>
</xs:schema>"#;
writer.add_segment(SegmentType::Schema, schema)?;
let snapshot_data = bincode::serialize(&vec!["data1", "data2", "data3"])?;
writer.add_segment(SegmentType::Snapshot, &snapshot_data)?;
writer.finalize()?;
let reader = DocumentReader::open("document.mff")?;
if let Some(meta) = reader.read_segment(SegmentType::Meta)? {
let metadata: serde_json::Value = serde_json::from_slice(meta)?;
println!("文档标题: {}", metadata["title"]);
}
if let Some(snapshot) = reader.read_segment(SegmentType::Snapshot)? {
let data: Vec<String> = bincode::deserialize(snapshot)?;
println!("快照数据: {:?}", data);
}
Ok(())
}
高级示例：ZIP 容器格式
use moduforge_file::{
ZipDocumentWriter, ZipDocumentReader,
SnapshotFormat, export_zip_with_format
};
use std::fs::File;
use std::collections::HashMap;
fn zip_example() -> std::io::Result<()> {
let file = File::create("document.ysf")?;
let mut writer = ZipDocumentWriter::new(file)?;
let metadata = serde_json::json!({
"title": "ZIP容器示例",
"format": "YSF",
"version": "1.0"
});
writer.add_json("meta.json", &metadata)?;
let binary_data = vec![0u8; 1024]; writer.add_deflated("data.bin", &binary_data)?;
writer.add_plugin_state("auth_plugin", b"user_session_data")?;
writer.add_plugin_state("cache_plugin", b"cached_results")?;
let _file = writer.finalize()?;
let plugin_states = HashMap::from([
("plugin1".to_string(), b"state1".to_vec()),
("plugin2".to_string(), b"state2".to_vec()),
]);
let file = File::open("document.ysf")?;
let mut reader = ZipDocumentReader::new(file)?;
let meta_data = reader.read_all("meta.json")?;
let meta: serde_json::Value = serde_json::from_slice(&meta_data)?;
println!("文档标题: {}", meta["title"]);
let all_states = reader.read_all_plugin_states()?;
for (plugin_name, state_data) in all_states {
println!("插件 {} 状态大小: {} bytes", plugin_name, state_data.len());
}
Ok(())
}
📚 详细功能
单文件格式 (.mff)
🎯 设计目标
- 极致性能: 专为高频读写场景优化
- 简单可靠: 最小化的格式复杂度
- 空间效率: 最小的存储开销
🔧 核心特性
追加式写入
let mut writer = Writer::create("log.mff", 1024 * 1024)?;
let offset = writer.append(b"log entry")?;
writer.flush()?;
内存映射读取
let reader = Reader::open("log.mff")?;
let data = reader.get_at(offset)?;
批量迭代
let reader = Reader::open("log.mff")?;
for record in reader.iter() {
process_record(record);
}
ZIP 容器格式 (.ysf)
🎯 设计目标
- 标准兼容: 基于ZIP标准，工具生态丰富
- 结构清晰: 命名空间和目录组织
- 扩展性强: 支持插件和自定义数据
🔧 核心特性
多格式支持
writer.add_json("config.json", &json_data)?;
writer.add_deflated("data.bin", &binary_data)?;
writer.add_stored("image.png", &image_data)?;
插件状态管理
writer.add_plugin_state("auth", &auth_state)?;
writer.add_plugin_state("cache", &cache_state)?;
let states = HashMap::from([
("plugin1".to_string(), state1),
("plugin2".to_string(), state2),
]);
writer.add_plugin_states(states)?;
高级序列化
use moduforge_file::SnapshotFormat;
match format {
SnapshotFormat::Json => { }
SnapshotFormat::Cbor => { }
SnapshotFormat::MsgPack => { }
}
🔍 性能基准
写入性能
测试环境: Intel i7-10700K, NVMe SSD, 32GB RAM
单文件格式 (.mff):
├─ 顺序写入: ~2.1 GB/s
├─ 随机写入: ~1.8 GB/s
├─ 小记录写入: ~850K ops/s
└─ 预分配写入: ~2.4 GB/s
ZIP容器格式 (.ysf):
├─ 压缩写入: ~450 MB/s
├─ 存储模式: ~1.2 GB/s
├─ JSON写入: ~380 MB/s
└─ 二进制写入: ~680 MB/s
读取性能
单文件格式 (.mff):
├─ 顺序读取: ~3.2 GB/s (零拷贝)
├─ 随机读取: ~2.8 GB/s
├─ 迭代访问: ~920K ops/s
└─ 并发读取: 线性扩展
ZIP容器格式 (.ysf):
├─ 解压读取: ~680 MB/s
├─ 直接访问: ~1.8 GB/s
├─ 随机访问: ~1.5 GB/s
└─ 插件状态读取: ~520 MB/s
内存使用
单文件格式:
├─ 写入缓冲: 8MB (可配置)
├─ mmap开销: 0字节 (虚拟内存)
└─ 元数据: ~128字节/文件
ZIP容器格式:
├─ 解析开销: ~2KB/条目
├─ 压缩缓冲: 64KB-1MB
└─ manifest: ~50字节/条目
🛠️ 错误处理
错误分类
use moduforge_file::{FileError, ErrorSeverity};
match error {
FileError::Io(io_err) => {
if error.is_retryable() {
retry_operation();
}
}
FileError::BadHeader => {
recover_from_backup();
}
FileError::CrcMismatch(offset) => {
report_corruption(offset);
}
FileError::RecordTooLarge(size) => {
split_large_record(size);
}
}
恢复策略
fn robust_operation() -> Result<()> {
let mut retries = 3;
loop {
match risky_operation() {
Ok(result) => return Ok(result),
Err(e) if e.is_retryable() && retries > 0 => {
retries -= 1;
std::thread::sleep(Duration::from_millis(100));
continue;
}
Err(e) if e.is_data_corruption() => {
return handle_corruption(e);
}
Err(e) => return Err(e),
}
}
}
🔧 最佳实践
性能优化
- 预分配空间
let writer = Writer::create("data.mff", 100 * 1024 * 1024)?;
- 批量操作
let offsets: Vec<u64> = records.iter()
.map(|record| writer.append(record))
.collect::<Result<Vec<_>>>()?;
- 合理使用缓冲
for record in large_dataset {
writer.append(&record)?;
}
writer.flush()?;
数据安全
- 定期校验
fn verify_file(path: &Path) -> Result<bool> {
let reader = Reader::open(path)?;
for record in reader.iter() {
process_record(record);
}
Ok(true)
}
- 备份策略
std::fs::copy("data.mff", "data.mff.backup")?;
let mut writer = Writer::create("data.mff", 0)?;
writer.flush()?;
std::fs::remove_file("data.mff.backup")?;
并发访问
use std::sync::Arc;
let reader = Arc::new(Reader::open("data.mff")?);
let handles: Vec<_> = (0..num_threads)
.map(|_| {
let reader = reader.clone();
std::thread::spawn(move || {
reader.get_at(offset)
})
})
.collect();
for handle in handles {
handle.join().unwrap()?;
}
🔬 内部设计
文件格式规范
单文件格式 (.mff) 布局
┌─────────────────┬─────────────────┬─────────────────┬─────────────┐
│ 文件头(16B) │ 记录1 │ 记录2 │ 尾指针 │
├─────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼─────────────┤
│ MAGIC(8) + 预留 │ 长度+CRC+数据 │ 长度+CRC+数据 │ 可选的快速索引 │
└─────────────────┴─────────────────┴─────────────────┴─────────────┘
记录格式:
┌──────────┬──────────┬─────────────────┐
│ 长度(4B) │ CRC32(4B)│ 负载数据(变长) │
├──────────┼──────────┼─────────────────┤
│ Little │ CRC32 │ 用户数据 │
│ Endian │ 校验码 │ │
└──────────┴──────────┴─────────────────┘
ZIP容器格式 (.ysf) 结构
document.ysf (ZIP Archive)
├── meta.json # 元数据 (JSON)
├── schema.xml # 数据模式 (XML/Binary)
├── snapshot_0.msgpack # 分片数据 (MessagePack)
├── snapshot_1.msgpack # 分片数据 (MessagePack)
├── parent_map.msgpack # 关系映射 (可选)
├── plugins/ # 插件状态目录
│ ├── auth_plugin # 认证插件状态
│ ├── cache_plugin # 缓存插件状态
│ └── custom_plugin # 自定义插件状态
└── manifest.json # ZIP清单 (自动生成)
关键算法
逻辑结尾扫描
pub fn scan_logical_end(mmap: &Mmap) -> Result<u64> {
let mut pos = HEADER_LEN;
while pos + REC_HDR <= mmap.len() {
let length = read_u32_le(&mmap[pos..pos + 4]) as usize;
if length == 0 { break; }
let payload_start = pos + REC_HDR;
let payload_end = payload_start + length;
if payload_end > mmap.len() { break; }
let stored_crc = read_u32_le(&mmap[pos + 4..pos + 8]);
let computed_crc = crc32(&mmap[payload_start..payload_end]);
if stored_crc != computed_crc { break; }
pos = payload_end;
}
Ok(pos as u64)
}
预分配策略
fn ensure_capacity(&mut self, needed: u64) -> Result<()> {
if self.prealloc_chunk == 0 { return Ok(()); }
let required = self.logical_end + needed;
if required <= self.prealloc_until { return Ok(()); }
let mut new_size = self.prealloc_until;
while new_size < required {
new_size += self.prealloc_chunk;
}
self.buf.flush()?; self.file.set_len(new_size)?; self.prealloc_until = new_size;
Ok(())
}
📊 使用场景
🎯 单文件格式适用场景
- 日志系统: 高频的追加写入需求
- 时序数据: IoT传感器数据、监控指标
- 事务日志: 数据库WAL、区块链记录
- 缓存持久化: Redis RDB、内存状态快照
- 嵌入式应用: 资源受限环境的数据存储
🎯 ZIP容器格式适用场景
- 文档系统: 类似DOCX/XLSX的复合文档
- 配置管理: 复杂应用的配置打包
- 数据交换: 跨系统的数据传输格式
- 插件框架: 支持扩展的应用架构
- 版本控制: Git-like的版本化数据存储
🤝 贡献指南
欢迎贡献代码！请遵循以下流程：
- Fork 项目仓库
- 创建 feature 分支:
git checkout -b feature/amazing-feature
- 提交 更改:
git commit -m 'Add amazing feature'
- 推送 分支:
git push origin feature/amazing-feature
- 创建 Pull Request
开发环境设置
git clone https://github.com/moduforge/moduforge-rs.git
cd moduforge-rs/crates/file
cargo test
cargo bench
cargo doc --open
代码规范
- 遵循 Rust 官方代码风格
- 使用
cargo fmt 格式化代码
- 使用
cargo clippy 进行代码检查
- 为新功能添加相应的测试和文档
📜 许可证
本项目采用双重许可:
您可以选择任一许可证使用本软件。
🙏 致谢
- Rust 社区: 提供了优秀的生态系统
- ZIP 标准: 提供了成熟的容器格式参考
- BLAKE3: 提供了高性能的哈希算法
- 所有贡献者: 感谢每一个参与项目的开发者
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