performance_compression_benchmarks

Kompressionsvalidierung und Benchmarks

Stand: 22. Dezember 2025
Version: v1.3.0
Kategorie: ⚡ Performance

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📑 Inhaltsverzeichnis

• Validierung
• Benchmark-Ergebnisse
• Interpretation

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Datum: 27. Oktober 2025
System: Windows 11, MSVC 19.44, 20 CPU cores @ 3.7 GHz

Validierung

Die Kompression wurde zur Laufzeit verifiziert:

• none: default=none, bottommost=none
• lz4: default=lz4, bottommost=lz4
• zstd: default=zstd, bottommost=zstd

RocksDB nutzt die in vcpkg.json aktivierten Features (lz4, zstd) korrekt.

Benchmark-Ergebnisse

Sequential Write (1000 keys per iteration)

Compression	Blob Size	Time/Iter	Throughput (MB/s)	Items/s
none	512B	23.6 ms	22.7 MB/s	46.4k
lz4	512B	22.0 ms	24.1 MB/s	49.3k
zstd	512B	21.9 ms	25.6 MB/s	52.5k
none	4KB	29.7 ms	147.7 MB/s	37.8k
lz4	4KB	31.2 ms	141.0 MB/s	36.1k
zstd	4KB	31.6 ms	148.6 MB/s	38.1k
none	16KB	49.8 ms	348.8 MB/s	22.3k
lz4	16KB	54.1 ms	289.5 MB/s	18.5k
zstd	16KB	53.4 ms	294.1 MB/s	18.8k

Random Read (warm cache, 1000 pre-populated keys)

Compression	Blob Size	Latency (µs)	Items/s
none	4KB	2.32	434k
lz4	4KB	2.63	383k
zstd	4KB	2.61	412k

Interpretation

Write Performance

• Kleine Blobs (512B):
  ZSTD und LZ4 schneller als none (~7-13% Verbesserung). Die Kompression reduziert I/O und Write Amplification stärker als die CPU-Kosten wiegen.

• Mittlere Blobs (4KB):
  Alle drei Varianten ähnlich (~147 MB/s). ZSTD minimal schneller bei hoher Kompressibilität.

• Große Blobs (16KB):
  none deutlich schneller (+20% gegenüber LZ4/ZSTD). CPU-Kosten für Kompression überwiegen I/O-Einsparungen bei großen Payloads.

Read Performance

• LZ4 und ZSTD fügen ~14% Latenz hinzu (Dekompressions-Overhead).
• Bei Cache-Hits (reiner memcpy) ist none am schnellsten.
• Im realen Betrieb mit Disk-I/O kann Kompression durch geringere Datenmengen schneller sein.

Empfehlungen

1. Für hohen Write-Throughput mit kleineren Entities (< 1KB):
   → ZSTD (default) oder LZ4 (bottommost) nutzen

2. Für große BLOBs (> 8KB) oder read-heavy Workloads:
   → LZ4 für Reads mit weniger Latenz; oder none für maximalen Read-Durchsatz

3. Hybrid-Konfiguration (empfohlen):

   "compression": {
     "default": "lz4",
     "bottommost": "zstd"
   }

   Frische Daten (L0) mit LZ4 schnell komprimiert; ältere Levels (bottommost) mit ZSTD platzsparend.

Write Amplification

Ohne direkte Messung lässt sich aus den Benchmarks ableiten:

• Kompression reduziert SSTable-Größe → weniger Compaction-Aufwand
• Bei kompressiblen JSON-Daten (Faktor ~3-5x) führt Kompression zu niedrigerer Write Amplification

Für genaue Werte: RocksDB-Property rocksdb.total-sst-files-size vor/nach Schreibvorgängen prüfen.

Nächste Schritte

• Write Amplification mit RocksDB GetProperty("rocksdb.total-sst-files-size") messen
• Disk-I/O Benchmarks (cold cache) mit verschiedenen Kompressionen
• Speicherplatzvergleich nach 10k/100k Entities