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bzip2の後継圧縮アルゴリズムのbzip3を使ってみた

2024/03/02に公開
CLI
C言語
#
bzip3
tech

bzip3とは

bzip3は、2022年に登場した圧縮アルゴリズムです。
bzip2の後継を謳っており、連長圧縮（RLE）とLempel-Ziv + Prediction（LZP）、それに続くブロックソート（BWT）と算術符号を使用することによる高い圧縮率と優れたパフォーマンスを特徴としています。

リファレンス実装はC言語で書かれており、GNU Lesser General Public License v3.0（またはそれ以降）に基づいて配布されています。

https://github.com/kspalaiologos/bzip3

インストール方法

Packaging status

多くのOSの公式リポジトリでパッケージが提供されているので簡単にインストールすることができます。

OS Package manager Command Package
Alpine Linux apk apk add bzip3 bzip3
Arch Linux pacman pacman -S bzip3 bzip3
Debian APT apt install bzip3 bzip3
Fedora DNF dnf install bzip3 bzip3
FreeBSD pkg pkg install archivers/bzip3 archivers/bzip3
Gentoo Linux Portage emerge app-arch/bzip3 app-arch/bzip3
macOS Homebrew brew install bzip3 bzip3
openSUSE Zypper zypper install bzip3 bzip3
Ubuntu APT apt install bzip3 bzip3

使い方

他の圧縮アルゴリズムと同様に、それを実装したライブラリに加えて、ファイルの圧縮などを行うためのコマンドラインユーティリティが提供されています。

基本的にオプションはgzipなどと同様ですが、圧縮レベルを指定するオプション（-1や--best）はbzip3では機能しないことから、バージョン1.4.0の時点では意図的に実装されていません[1]。
圧縮率は-bまたは--blockでブロックサイズを設定することで変化する場合があります。

また、xzやzstdなどと同様に並列処理に対応しており、-jまたは--jobsで使用するスレッド数を指定することができます。

圧縮

bzip3 README.md

ブロックサイズを指定して圧縮する

圧縮時に1 MiBから511 MiBまでのブロックサイズを指定することができます。
デフォルトは16 MiBです。

bzip3 -b 511 README.md

圧縮が成功したら元ファイルを削除する

デフォルトではbzip3はgzipなどとは異なり圧縮や展開が成功しても元ファイルを削除しません[2]。
また、この記事を書いた時点での最新版（バージョン1.4.0）では、この動作を変更するオプションは提供されていません。
従って、圧縮や展開が成功した後に元ファイルを削除するには次のようにする必要があります。

bzip3 README.md && rm README.md

なお、この目的のためのオプション（--rm）を追加するPRを作成してマージされたので、次のリリースからは次のコマンドで元ファイルを削除できるようになるかもしれません。

bzip3 --rm README.md

展開

bzip3 -d README.md.bz3
# または
bunzip3 README.md.bz3

並列処理を有効にして展開する

次のコマンドは利用可能なプロセッサ数と同数のスレッドを使用して展開します。

bunzip3 -j "$(nproc)" README.md.bz3

その他

zcatやzgrepなどに相当するコマンドも提供されています。

# ファイルの内容を表示
bz3cat README.md.bz3

# ファイルの内容を検索
bz3grep "foo" README.md.bz3

# ファイルの内容をページャーを使って表示
bz3less README.md.bz3
## または
bz3more README.md.bz3
## または
bz3most README.md.bz3

他の圧縮アルゴリズムとの比較

Git 2.43.0のtarballを使用して他の圧縮アルゴリズムとの比較を行いました。
元のファイルサイズは44.2 MiB（46,346,240 B）です。
全てデフォルトの圧縮レベルでシングルスレッドで実行しています。

圧縮

Command Mean [s] Min [s] Max [s] Relative
bzip2 git-2.43.0.tar 5.301 ± 0.060 5.216 5.385 1.00
bzip3 git-2.43.0.tar 5.421 ± 0.020 5.387 5.460 1.00
gzip git-2.43.0.tar 1.864 ± 0.026 1.834 1.923 1.00
xz git-2.43.0.tar 20.552 ± 0.105 20.388 20.688 1.00
zstd git-2.43.0.tar 0.324 ± 0.005 0.316 0.333 1.00

圧縮速度の比較

展開

Command Mean [s] Min [s] Max [s] Relative
bunzip2 git-2.43.0.tar.bz2 1.972 ± 0.049 1.927 2.078 1.00
bunzip3 git-2.43.0.tar.bz3 5.234 ± 0.027 5.192 5.281 1.00
gunzip git-2.43.0.tar.gz 0.312 ± 0.002 0.309 0.315 1.00
unxz git-2.43.0.tar.xz 0.540 ± 0.006 0.532 0.549 1.00
unzstd git-2.43.0.tar.zst 0.072 ± 0.003 0.067 0.083 1.00

展開速度の比較

圧縮後のファイルサイズ

Format Result [MiB] Result [B] Compression Ratio
bzip2 8.2 8,624,608 5.374
bzip3 6.6 6,888,061 6.728
gzip 10.5 11,021,005 4.205
xz 7.0 7,352,912 6.303
zstd 9.8 10,298,831 4.500

圧縮比の比較

使用したコマンドのバージョン

Command Version
bzip2 1.0.8
bzip3 1.4.0
gzip 1.13
xz 5.4.5
zstd 1.5.5

これらの結果とリファレンス実装のREADME.mdにあるベンチマークの結果を見た感じでは、xz以上の圧縮率をそれよりも短い時間で実現できるようです。
圧縮は並列処理でなくともある程度は高速なようですが、展開は他と比較して遅いようなので基本的に展開の際は並列処理を使用するのが良いように思いました。

ソフトウェアの対応状況

fileのバージョン5.44以降はbzip3形式のファイルを認識することができます。

https://bugs.astron.com/view.php?id=395

GNU tar 1.35とbsdtar 3.7.2の時点ではbzip3は直接はサポートされていないので、tarballの作成と同時に圧縮も行うには次のようにします。

tar --use-compress-program bzip3 -cf git-2.43.0.tar.bz3 git-2.43.0
# または
bsdtar --use-compress-program bzip3 -cf git-2.43.0.tar.bz3 git-2.43.0

終わりに

圧縮率が高いことやbzip2とは異なり並列処理に対応していることから、圧縮率が重要な場合にbzip2やxzの代わりの選択肢になるかもしれないと思いました。
多くのOSの公式リポジトリでパッケージが提供されているので気軽に使い始めることができそうです。

脚注

  1. https://github.com/kspalaiologos/bzip3/issues/78 ↩︎

  2. zstdやlz4と同じ。 ↩︎

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