redis数据库解析-原创手记-慕课网

数据库

本篇文章是redis系列中的第二大部分的开始，这一部分为数据库的实现，主要讲单节点的数据库知识。下边附上第一部分基础知识总结篇的链接，有需要的童鞋，欢迎查看。

文章主要内容如下：

图片描述

1、数据库结构

redis服务器将所有数据库都保存在服务器状态redis.h/redisServer结构的db数组中，db数组中每一个项都是一个redis.h/redisDb结构。

redisServer结构如下：

struct redisServer{
    //一个数组，保存着服务器中的所有数据库
    redisDb *db;
    //服务器的数据库数量
    int dbnum;
};

每个redis客户端都有自己的目标数据库，每当客户端执行命令时，目标数据库就会成为这些命令的操作对象。默认情况下为0号数据库，可以通过SELECT命令切换目标数据库。

    typedef struct redisClient{
        //记录客户端当前正在使用的数据库
        redisDb *db;
    }redisClient;

结构图如下：
图片描述

2、键空间

Redis是一个键值对数据库服务器，服务器中的每个数据库都由一个redis.h/redisDb结构表示，其中redisDb结构的dict字典保存了数据库中的所有键值对，我们称这个字典为键空间。

typedef struct redisDb{
    //数据库键空间，保存着数据库中的所有键值对
    dict *dict;
}redisDb;

键空间和用户所见的数据库是直接对应的：

键空间的键也就是数据库的键，每个键都是一个字符串对象。
键空间的值也就是数据库的值，每个值可以使5种对象中的一种。

这里我们新建一个字符串对象message，列表对象alphabet和哈希集合book，结构如下：

图片描述

所有针对数据库的操作，都是通过对键空间字典进行操作实现的。清空整个数据库的FLUSHDB命令，就是通过删除键空间中的所有键值对来实现的。

2.1、读写键空间的附加操作

当redis进行读写操作是，会对键空间执行以下维护操作。

在读取一个键之后，服务器会根据键是否存在更新服务器的键空间命中次数。
在读取一个键后，服务器会更新键的LRU时间。
如果服务器在读取一个键时，发现该键已过期，那么服务器会先删除这个过期键，再执行其他操作。
如果客户端使用了WATCH命令监视了某个键，那么服务器对被监视的键进行修改之后，会将这个键标记为dity，让事务程序注意。
服务器每次修改一个键之后，都会对dity键计数器的值增加1，这个计数器会触发服务器的持久化以及复制操作。
如果开启了数据库通知功能，那么再对键进行修改之后，服务器将按照配置发送响应的数据库通知。

3、生存时间

通过EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客户端可以以秒或者毫秒精度为数据库中的键设置生存时间，经过指定的秒数或者毫秒数之后，服务器会自动删除生存时间为0的键。类似的EXPIREAT命令或者PEXPIREAT命令，设置过期时间；过期时间是UNIX时间戳，当键的过期时间来临时，服务器会自动删除这个键。

TTL命令和PTTL命令接受一个带有生存时间或者过期时间的键，返回这个键剩余生存时间。

EXPIRE命令，PEXPIRE命令和EXPIREAT命令，都是通过转换为PEXPIREAT命令来执行的。

图片描述

3.1、过期字典

redisDb结构的expires字典保存了数据库中所有键的过期时间。

过期字典的键是一个指针，这个指针指向键空间中的某个键对象。
过期字典的值是一个long long类型的整数，这个整数保存了键所指向的数据库的过期时间。

图片描述

4、过期策略

4.1、现有策略

策略	实现	优点	缺点
定时	设置键的同时，设置定时器，到期立即删除	内存友好	cpu不友好
惰性	每次获取时，删除已过期的键值对	内存不友好	cpu友好
定期	每隔一段时间，对数据库检查一次，删除里边的过期键	折中	折中

定期策略的难点是确定删除操作执行的时长和频率，设置不好会退化成定时或者惰性策略。

4.2、redis的策略

redis使用惰性和定期两种策略。通过配合使用，在合理的利用cpu和避免内存浪费之间取得平衡。

5、AOF、RDB和复制

5.1、生成RDB

在执行SAVE命令或者BGSAVE命令创建一个新的RDB文件时，程序会对数据库中的键进行检查，已经过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中。

5.2、载入RDB

在启动redis服务器时，如果服务器开启了RDB功能，那么服务器将对RDB文件进行载入：

如果服务器以主服务器模式运行，那么再载入RDB文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，未过期的键会被载入到数据库中，而过期的键会被忽略。
如果服务器以从服务器模式运行，那么再载入RDB文件时，文件中保存的所有键，不论是否过期，都会被载入到数据库中。因为主从服务器在数据同步时，从服务器数据库会被清空，所以不会造成影响。

5.3、AOF文件写入

当服务器以AOF模式持久化运行时，如果数据库中的某个键已经过期，但它还没有被删除，那么AOF问价不会因为这个过期键而产生任何影响。当过期键被删除后，程序向AOF文件追加一条DEL命令，来显式的记录该键已被删除。
主要步骤如下：

从数据库中删除键
追加一条DEL
向执行GET命令客户端返回空

5.4、AOF重写

和生成RDB类似，已过期的键不会被保存到重写后的AOF文件。

5.5、复制

当服务器运行在复制模式下时，从服务器的过期键删除动作由主服务器控制。

主服务器在删除一个过期之后，会显式地向所有从服务器发送一个DEL命令，告知从服务器删除这个过期键。
从服务器在执行客户端发送的读命令时，即使碰到过期键也不会将过期键删除，而是继续像处理未过期键一样来处理过期键。
从服务器只有在接到主服务器发来的DEL命令之后，才会删除过期键。

6、数据库通知

在2.8版本之后，客户端可以通过订阅给定的频道或者模式，来获知数据库中键的变化。当redis命令对数据库进行修改后，服务器会根据配置向客户端发送数据库通知。服务器配置的notify-keyspace-events选项决定了服务器所发送通知的类型。