評(píng)價(jià)壓縮算法時(shí)，通常需要考慮以下兩個(gè)主要方面 壓縮比和壓縮/解壓縮吞吐量。

壓縮比

壓縮比是衡量壓縮算法效率的重要指標(biāo)之一，它表示壓縮后的數(shù)據(jù)大小與原始數(shù)據(jù)大小之間的比率。一般來說，壓縮比越高，表示壓縮算法越有效，可以更好地減小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間或網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的占用。

評(píng)價(jià)壓縮算法的壓縮比時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)

數(shù)據(jù)特性

不同類型的數(shù)據(jù)在壓縮后的效果會(huì)有所不同。例如，文本數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)等具有不同的特征，壓縮算法對(duì)它們的適用性也不同。

壓縮級(jí)別

壓縮算法通常提供多個(gè)壓縮級(jí)別或參數(shù)，可以根據(jù)需求選擇不同的級(jí)別以達(dá)到更好的壓縮效果，但通常會(huì)犧牲壓縮/解壓縮速度。

算法復(fù)雜度

一些壓縮算法相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于快速壓縮，但壓縮比不如一些更復(fù)雜的算法。在實(shí)際應(yīng)用中需要權(quán)衡算法的復(fù)雜度與壓縮比。

壓縮 / 解壓縮吞吐量

壓縮/解壓縮吞吐量是衡量壓縮算法性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表示單位時(shí)間內(nèi)壓縮或解壓縮的數(shù)據(jù)量。對(duì)于需要高吞吐量的應(yīng)用場(chǎng)景（如大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?，壓縮/解壓縮速度是至關(guān)重要的。

評(píng)價(jià)壓縮/解壓縮吞吐量時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)

算法效率

壓縮/解壓縮算法的實(shí)現(xiàn)效率直接影響到吞吐量。一些高效的算法能夠在保持較高壓縮比的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較高的壓縮/解壓縮速度。

硬件支持

某些壓縮算法依賴特定的硬件加速或優(yōu)化，如 SIMD 指令集、GPU 等，這些硬件支持可以顯著提高壓縮/解壓縮的吞吐量。

并發(fā)性能

壓縮/解壓縮過程是否支持并發(fā)處理，以及并發(fā)處理的效率如何，對(duì)于多線程或分布式系統(tǒng)來說尤為重要。

綜合考慮壓縮比和壓縮/解壓縮吞吐量?jī)蓚€(gè)方面，可以選擇最適合特定應(yīng)用場(chǎng)景的壓縮算法。有些情況下需要在壓縮比和吞吐量之間做出權(quán)衡，根據(jù)具體需求選擇合適的算法和參數(shù)配置。

壓縮算法的對(duì)比

圖片

從表中我們可以發(fā)現(xiàn) zstd 算法有著最高的壓縮比，而在吞吐量上的表現(xiàn)只能說中規(guī)中矩。

反觀 LZ4 算法，它在吞吐量方面則是毫無疑問的執(zhí)牛耳者。

GZIP、Snappy、LZ4 甚至是 zstd 的表現(xiàn)各有千秋。

但對(duì)于 Kafka 而言，它們的性能測(cè)試結(jié)果卻出奇得一致，即在吞吐量方面：LZ4 > Snappy > zstd 和 GZIP；

而在壓縮比方面，zstd > LZ4 > GZIP > Snappy。如果網(wǎng)絡(luò)不好且 CPU 資源夠的話,建議使用 zstd 壓縮

具體到物理資源，使用 Snappy 算法占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬最多，zstd 最少，這是合理的，畢竟 zstd 就是要提供超高的壓縮比；

在 CPU 使用率方面，各個(gè)算法表現(xiàn)得差不多，只是在壓縮時(shí) Snappy 算法使用的 CPU 較多一些，而在解壓縮時(shí) GZIP 算法則可能使用更多的 CPU。

LZ4算法

LZ4（Lempel-Ziv-Markov chain-4）是一種快速壓縮算法，其原理基于Lempel-Ziv壓縮算法，采用了哈希表和有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)高效的壓縮和解壓縮過程。

下面是LZ4算法的簡(jiǎn)要原理

字典壓縮

LZ4使用字典壓縮的思想，通過構(gòu)建字典并將重復(fù)出現(xiàn)的序列替換為引用字典中的索引來實(shí)現(xiàn)壓縮。

字典中存儲(chǔ)了之前已經(jīng)出現(xiàn)過的序列，可以是連續(xù)的字節(jié)序列或者匹配的字符串。

哈希表和鏈表

LZ4算法使用哈希表來快速查找字典中的匹配項(xiàng)。哈希表的鍵是序列的哈希值，值是該序列在字典中的位置。

如果發(fā)生哈希沖突，LZ4使用鏈表來處理沖突，將具有相同哈希值的序列連接起來。

有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)

LZ4使用有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)來查找并表示匹配序列。這個(gè)自動(dòng)機(jī)有四個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)之前匹配序列的長(zhǎng)度（通常是1、4、8或者16個(gè)字節(jié)）。

壓縮過程

在壓縮過程中，LZ4從輸入數(shù)據(jù)中掃描匹配序列，并將匹配序列的起始位置和長(zhǎng)度寫入輸出流。如果找不到匹配序列，LZ4將原始字節(jié)直接寫入輸出流。

解壓縮過程

在解壓縮過程中，LZ4根據(jù)壓縮數(shù)據(jù)中的引用索引和長(zhǎng)度信息，從字典中查找匹配序列，并將匹配序列寫入輸出流。如果沒有匹配序列，LZ4直接將原始字節(jié)寫入輸出流。

總結(jié)一下，LZ4算法通過使用字典壓縮、哈希表、有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效的壓縮和解壓縮過程，具有較高的壓縮速度和解壓縮速度，適用于需要快速處理數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。

最終方案

圖片