Perigon.MiniDb

一个轻量级、高性能的单文件内存数据库引擎，专为小数据量场景设计（≤50MB）。

✨ 核心特性

• 🚀 全异步API：完整的 async/await 支持，非阻塞I/O操作
• 💾 单文件存储：所有数据存储在一个二进制文件中
• ⚡ 内存操作：全量数据加载到内存，LINQ查询性能极佳
• 📝 增量更新：只写入修改的记录，避免全量写入
• 🔒 线程安全：共享内存架构，单线程文件写入队列
• 🎯 简单API：类似 EF Core 的使用体验，无需复杂配置
• 🔧 零依赖：完全自包含实现，无需外部库
• ✅ 类型安全：强类型实体模型，编译时检查

📦 安装

NuGet Package Manager

Install-Package Perigon.MiniDb

.NET CLI

dotnet add package Perigon.MiniDb

PackageReference

<PackageReference Include="Perigon.MiniDb" Version="0.0.1" />

🎯 适用场景

✅ 推荐使用

• 桌面应用的本地数据存储
• 开发/测试环境的快速数据库
• 配置文件的结构化存储
• 嵌入式应用的轻量级数据库
• 单用户应用的数据持久化
• 小型工具和脚本的数据管理

❌ 不推荐使用

• 多用户Web应用（高并发场景）
• 大数据集（>50MB文件）
• 需要复杂查询和索引的场景
• 需要事务隔离的应用
• 企业级生产系统

🚀 快速开始

1. 定义实体模型

using System.ComponentModel.DataAnnotations;
using System.ComponentModel.DataAnnotations.Schema;
using Perigon.MiniDb;

public class User : IMicroEntity
{
    public int Id { get; set; }
    
    [MaxLength(50)]  // 必须指定字符串的最大字节数
    public string Name { get; set; } = string.Empty;
    
    [MaxLength(100)]
    public string Email { get; set; } = string.Empty;
    
    public int Age { get; set; }
    public decimal Balance { get; set; }
    public DateTime CreatedAt { get; set; }
    public bool IsActive { get; set; }
    
    // 可空类型支持
    public int? CategoryId { get; set; }
    public DateTime? PublishedAt { get; set; }
    
    // 计算属性 - 不会保存到数据库
    [NotMapped]
    public bool IsAdult => Age >= 18;
    
    // 临时属性 - 不会持久化
    [NotMapped]
    public bool IsProcessing { get; set; }
}

📌 实体模型要求

1. 必须实现 IMicroEntity 接口：每个实体必须实现 IMicroEntity 接口，该接口定义了 int Id { get; set; } 属性
2. 字符串必须标注长度：所有 string 类型属性必须使用 [MaxLength] 特性指定最大字节数（UTF-8编码）
3. 支持 [NotMapped] 特性：使用 [NotMapped] 特性可以排除属性不保存到数据库（计算属性、临时属性等）
4. 支持的数据类型：仅支持特定类型（见下表）

2. 创建 DbContext

using Perigon.MiniDb;

public class MyDbContext : MiniDbContext
{
    public DbSet<User> Users { get; set; } = null!;
    public DbSet<Product> Products { get; set; } = null!;
}

3. 配置和使用数据库

// 1. 全局配置数据库路径（通常在程序启动时）
MiniDbConfiguration.AddDbContext<MyDbContext>(options => options.UseMiniDb("app.mds"));

// 2. 创建数据库上下文（无需参数）
var db = new MyDbContext();

// 3. 使用数据库
// 初始化：加载数据到内存（自动完成）
await using (db)
{
    // 添加数据
    db.Users.Add(new User 
    { 
        Name = "Alice",
        Email = "[email protected]",
        Age = 25,
        Balance = 1000m,
        CreatedAt = DateTime.UtcNow,
        IsActive = true
    });
    await db.SaveChangesAsync();

    // 查询数据（支持完整的 LINQ）
    var activeUsers = db.Users
        .Where(u => u.IsActive && u.Balance >= 500)
        .OrderByDescending(u => u.CreatedAt)
        .ToList();

    // 更新数据
    var user = db.Users.First(u => u.Name == "Alice");
    user.Balance += 500m;
    db.Users.Update(user);
    await db.SaveChangesAsync();

    // 删除数据
    db.Users.Remove(user);
    await db.SaveChangesAsync();
}

// 显式释放共享内存缓存（可选，通常在应用退出时调用）
await MiniDbContext.ReleaseSharedCacheAsync("app.mds");

📊 支持的数据类型

类型	大小	说明	示例
int (Id)	4 字节	必需: 实体标识符	public int Id { get; set; } (来自 IMicroEntity)
int	4 字节	32位有符号整数	public int Age { get; set; }
int?	5 字节	可空整数（1字节标记+4字节值）	public int? CategoryId { get; set; }
bool	1 字节	布尔值	public bool IsActive { get; set; }
bool?	2 字节	可空布尔（1字节标记+1字节值）	public bool? IsPublished { get; set; }
decimal	16 字节	高精度十进制（适合金融计算）	public decimal Balance { get; set; }
decimal?	17 字节	可空十进制（1字节标记+16字节值）	public decimal? Price { get; set; }
DateTime	8 字节	日期时间（UTC格式，Ticks存储）	public DateTime CreatedAt { get; set; }
DateTime?	9 字节	可空日期时间（1字节标记+8字节值）	public DateTime? PublishedAt { get; set; }
string	可变	UTF-8编码字符串，必须使用 [MaxLength]	[MaxLength(100)] public string Name { get; set; }

🔴 不支持的类型

• ❌ long, short, byte
• ❌ double, float
• ❌ byte[], Stream
• ❌ List<T>, Dictionary<K,V>
• ❌ object, dynamic
• ❌ 自定义类/结构体

⚠️ 字符串使用注意事项

1. 必须标注长度：[MaxLength] 特性是必需的

   [MaxLength(100)]  // 指定UTF-8编码后的最大字节数
   public string Email { get; set; }

2. UTF-8字节数：MaxLength 指定的是字节数，而非字符数

   • ASCII字符：1字节
   • 中文字符：通常3字节
   • 表情符号：通常4字节

3. 超长自动截断：超出 MaxLength 的字符串会自动截断（在UTF-8字符边界）

4. 未标注默认值：如果忘记标注，默认使用1024字节

💡 [NotMapped] 特性使用

使用 [NotMapped] 特性可以排除属性不保存到数据库：

using System.ComponentModel.DataAnnotations.Schema;

public class User : IMicroEntity
{
    public int Id { get; set; }
    
    [MaxLength(50)]
    public string Name { get; set; } = string.Empty;
    
    public int Age { get; set; }
    
    // 计算属性 - 不会保存到数据库
    [NotMapped]
    public bool IsAdult => Age >= 18;
    
    // 临时状态 - 不会持久化
    [NotMapped]
    public bool IsSelected { get; set; }
    
    // 格式化显示 - 不会存储
    [NotMapped]
    public string DisplayName => $"{Name} (ID: {Id})";
}

使用场景：

• ✅ 计算属性（只读属性，基于其他属性计算）
• ✅ 临时状态标记（UI 选中状态、处理标记等）
• ✅ 格式化显示属性
• ✅ 业务逻辑辅助属性

🔄 通过 JSON 支持复杂类型

对于不支持的复杂类型（嵌套对象、集合等），可以通过 JSON 序列化存储：

using System.ComponentModel.DataAnnotations.Schema;
using System.Text.Json;

// 复杂类型定义
public class Address
{
    public string Street { get; set; } = string.Empty;
    public string City { get; set; } = string.Empty;
    public string Country { get; set; } = string.Empty;
    public string ZipCode { get; set; } = string.Empty;
}

public class User : IMicroEntity
{
    public int Id { get; set; }
    
    [MaxLength(50)]
    public string Name { get; set; } = string.Empty;
    
    // 复杂类型属性 - 标记为 [NotMapped]
    [NotMapped]
    public Address? Address
    {
        get
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(AddressJsonString))
                return null;
            return JsonSerializer.Deserialize<Address>(AddressJsonString);
        }
        set
        {
            AddressJsonString = value == null 
                ? string.Empty 
                : JsonSerializer.Serialize(value);
        }
    }
    
    // 实际存储的 JSON 字符串
    [MaxLength(500)]
    public string AddressJsonString { get; set; } = string.Empty;
}

// 使用示例
var user = new User
{
    Name = "Alice",
    Address = new Address
    {
        Street = "123 Main St",
        City = "New York",
        Country = "USA",
        ZipCode = "10001"
    }
};

db.Users.Add(user);
await db.SaveChangesAsync();

// 加载后自动反序列化
var loaded = db.Users.First();
Console.WriteLine(loaded.Address.City);  // "New York"

适用场景：

• ✅ 嵌套对象（地址、联系人信息等）
• ✅ 配置数据（键值对、设置项等）
• ✅ 元数据（标签、属性列表等）
• ✅ 动态结构数据

注意事项：

• ⚠️ 不能直接查询 JSON 中的嵌套属性
• ⚠️ 需要加载到内存后再过滤
• ⚠️ 建议控制 JSON 大小（< 10KB）

🔧 关键行为说明

自动初始化

// ✅ 创建即可用：构造函数自动加载数据
var db = new MyDbContext("app.mds");
await using (db)
{
    // 直接使用，无需额外初始化
    db.Users.Add(new User 
    { 
        Name = "Alice",
        Email = "[email protected]",
        Age = 25,
        Balance = 1000m,
        CreatedAt = DateTime.UtcNow,
        IsActive = true
    });
    await db.SaveChangesAsync();
}

自动初始化的工作原理：

• 构造函数：创建上下文、打开/创建数据库文件、加载所有表数据到内存
• 即用：DbSet 属性在构造函数中已初始化，可以直接使用

注意事项：

1. ✅ 构造函数会同步加载数据（对于小数据库 ≤50MB 很快）
2. ✅ 多个上下文实例共享内存数据（高效）
3. ✅ 类似 EF Core 的使用体验，无需额外步骤

共享内存架构

// 同一文件的多个上下文共享内存
var db1 = new MyDbContext("app.mds");
var db2 = new MyDbContext("app.mds");

// db1 和 db2 看到的是同一份内存数据
db1.Users.Add(new User 
{ 
    Name = "Alice",
    Email = "[email protected]",
    Age = 25,
    Balance = 1000m,
    CreatedAt = DateTime.UtcNow,
    IsActive = true
});
await db1.SaveChangesAsync();

// db2 立即看到变化，无需刷新
Console.WriteLine(db2.Users.Count);  // 输出: 1

显式内存管理

// DbContext 销毁时不会释放共享内存
var db = new MyDbContext("app.mds");
await using (db)
{
    // 使用数据库
} // Dispose 时内存仍保留

// 需要释放内存时显式调用
await MyDbContext.ReleaseSharedCacheAsync("app.mds");

软删除机制

// 删除操作只标记记录为已删除
db.Users.Remove(user);
await db.SaveChangesAsync();  // 只写入1字节的删除标记

// 已删除的记录不会出现在查询结果中
var users = db.Users.ToList();  // 自动过滤已删除记录

// 定期压缩可以回收空间（未来版本）

自动ID分配

var db = new MyDbContext("app.mds");

var user = new User 
{ 
    Name = "Alice",
    Email = "[email protected]",
    Age = 25,
    Balance = 1000m,
    CreatedAt = DateTime.UtcNow,
    IsActive = true
};  // Id = 0（未设置）

db.Users.Add(user);
await db.SaveChangesAsync();

Console.WriteLine(user.Id);  // 自动分配: 1

// 手动指定ID也可以
var user2 = new User 
{ 
    Id = 100,
    Name = "Bob",
    Email = "[email protected]",
    Age = 30,
    Balance = 2000m,
    CreatedAt = DateTime.UtcNow,
    IsActive = true
};
db.Users.Add(user2);
await db.SaveChangesAsync();  // 使用指定的ID

📁 文件格式

数据库使用固定长度二进制格式，支持高效的随机访问：

┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 文件头 (256字节)                           │
│ - 魔法数: "MDB1"                           │
│ - 版本: 1                                  │
│ - 表数量                                   │
│ - 保留字段                                 │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ 表元数据 (每表128字节)                     │
│ - 表名                                     │
│ - 记录数                                   │
│ - 记录大小                                 │
│ - 数据起始偏移                             │
├─────────────────────────────────────────────┤
│ 表数据（固定长度记录）                      │
│ [IsDeleted(1B)][Id(4B)][字段数据...]       │
│ [IsDeleted(1B)][Id(4B)][字段数据...]       │
│ ...                                        │
└─────────────────────────────────────────────┘

性能特性

• O(1) 记录定位：offset = tableStart + (id - 1) × recordSize
• 增量更新：只写入变更的记录
• 软删除：删除只需设置1字节标记
• 预知大小：文件大小在创建时即可计算

⚙️ 高级用法

取消令牌支持

var db = new MyDbContext("app.mds");

using var cts = new CancellationTokenSource();
cts.CancelAfter(TimeSpan.FromSeconds(30));

try
{
    await db.SaveChangesAsync(cts.Token);
}
catch (OperationCanceledException)
{
    Console.WriteLine("操作已取消");
}

批量操作

var db = new MyDbContext("app.mds");

// 批量添加
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    db.Users.Add(new User { Name = $"User{i}", Email = $"user{i}@example.com", Age = 20 + (i % 50), Balance = 100m * i, CreatedAt = DateTime.UtcNow, IsActive = true });
}
await db.SaveChangesAsync();  // 一次性写入所有记录

// 批量更新
var users = db.Users.Where(u => u.IsActive).ToList();
foreach (var user in users)
{
    user.Balance += 100;
    db.Users.Update(user);
}
await db.SaveChangesAsync();  // 一次性写入所有更新

复杂查询

var db = new MyDbContext("app.mds");

// 支持完整的 LINQ
var result = db.Users
    .Where(u => u.Age >= 18 && u.Age <= 60)
    .Where(u => u.Balance > 1000m)
    .OrderByDescending(u => u.Balance)
    .ThenBy(u => u.Name)
    .Select(u => new 
    { 
        u.Name, 
        u.Balance, 
        Category = u.CategoryId ?? 0 
    })
    .Take(10)
    .ToList();

📈 性能指标

操作性能

操作	时间复杂度	典型耗时
查询	O(n)	微秒级（内存）
插入（单条）	O(1)	~30ms
插入（批量1000条）	O(n)	< 100ms
更新	O(1)	~30ms
删除	O(1)	~30ms（软删除）
初始化	O(n)	文件大小决定

性能最佳实践

✅ 推荐模式：批量操作

// 批量添加：收集所有更改，一次保存
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    db.Users.Add(new User { ... });
}
await db.SaveChangesAsync();  // < 100ms for 1000 records

❌ 避免反模式：高频保存

// 不推荐：每次添加都保存
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    db.Users.Add(new User { ... });
    await db.SaveChangesAsync();  // 1000 × 30ms = 30秒
}

性能说明

• 文件I/O是主要瓶颈：每次 SaveChangesAsync 涉及磁盘写入
• 单次保存延迟：~30ms（文件打开、写入、Flush、关闭）
• 批量操作优势：1000条记录 < 100ms（一次文件操作）
• 写入队列串行化：保证数据一致性，但会将并发写入排队

推荐配置

• 记录数：≤ 100,000
• 文件大小：≤ 50MB
• 内存占用：≈ 文件大小
• 并发读取：无限制
• 并发写入：串行化（单线程队列）
• 单次SaveChanges延迟：~30ms
• 批量操作吞吐量：10,000+ 记录/秒