1.服務器和客戶端實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫

 Redis服務器在啟動時，會根據(jù)redis.conf文件的中databases xx這個配置決定創(chuàng)建多少個數(shù)據(jù)庫（默認配置是16），啟動后默認使用的0號數(shù)據(jù)庫，當然可以使用select dbnum這個命令來切換。需要注意的是在redis集群模式下，只有0號數(shù)據(jù)庫可以用，是無法切換到其他庫的。

 Redis服務器會將所有的數(shù)據(jù)庫都保存在服務器狀態(tài)的redisServer的db數(shù)組中，數(shù)組的每一項都代表了一個數(shù)據(jù)庫，用redisDb結構來表示，首先看一下redisServer.db的源碼：

struct redisServer {
	...
	// 代表數(shù)據(jù)庫的數(shù)組
    redisDb *db;
    // 這個記錄的配置文件中數(shù)據(jù)庫的數(shù)量
	int dbnum;  
    ...
}

 我們通過客戶端向Redis寫入的任何數(shù)據(jù)都會記錄到這個db數(shù)組中，根據(jù)前面描述，我們知道可以通過select命令切換到另一個目標數(shù)據(jù)庫，但是客戶端是怎么記錄的它當前操作的哪個數(shù)據(jù)庫呢？我們繼續(xù)看一下源碼：

typedef struct client {
    ...
    // 指針指向當前客戶端正在操作的數(shù)據(jù)庫
    redisDb *db;            /* Pointer to currently SELECTed DB. */
	...
} client;

 看，在client客戶端狀態(tài)中，有一個db指針，指向了server.db數(shù)組中的某一項，代表了當前客戶端正在操作的數(shù)據(jù)庫。所以通過切換client.db的指針，調整客戶端操作的數(shù)據(jù)庫，這就是select命令的實現(xiàn)原理。

2.數(shù)據(jù)庫字典的實現(xiàn)

 Redis是支持key-value鍵值對存儲的，這其實是通過dict結構來實現(xiàn)的，在前面講到的內容中，服務器和客戶端都指向了一個redisDb的結構，在這個db結構中，就包含存儲了鍵值對的字典結構，首先看一下源碼：

typedef struct redisDb {
	...
	// 這個存放的就是鍵值對
    dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
    // 這個存放的是鍵值對的過期時間，下面一節(jié)會說到
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    ...
} redisDb;

 dict這個指針就指向了存儲鍵值對的字典結構，key是字符串robj類型，value可以是任何的robj類型。當我們分別新增、刪除、更新或者查詢的時候，其實就是根據(jù)輸入的key在這個字典上做curd的操作。我們在Redis寫入兩個鍵值對，圖示如下：

 除了對數(shù)據(jù)庫鍵值對的curd操作，基于整個數(shù)據(jù)操作的一些命令也是在這個dict上面實現(xiàn)的，比如清空所有鍵值對的flushdb，或者exists、del、dbsize命令等等。在執(zhí)行命令前后，redis還會執(zhí)行一些其他操作，比如檢查是否超出最大內存，更新lru時間，記錄慢查詢日志，或者向monitor客戶端發(fā)送命令等等，這就是redis數(shù)據(jù)字典的實現(xiàn)原理。

3.鍵值對的生命周期管理

 這里說的生命周期，其實就是指鍵值對的過期時間。通常我們使用expire key這個命令設置鍵的過期時間，但其實Redis是有四個命令支持設置過期時間的：

• expire key seconds 將key的生命周期設置為second秒；
• pexpire key milliseconds 將key的生命周期設置為milliseconds毫秒；
• expireat key timestamp 將key的過期時間設置在timestamp這個秒的時間戳過期；
• pexpireat key timestamp 將key的過期時間設置在timestamp這個毫秒的時間戳過期；

 值得說明的是，雖然有這么多命令支持設置過期時間，但是最終經過轉換都是指向pexpireat這一個命令來實現(xiàn)?，F(xiàn)在的問題是，這么多鍵值對的過期時間，在redis服務端是怎么保存和維護的呢？

 前面在看redisDb源碼的時候，有一個expires屬性，我們再把源碼拿過來看一下：

typedef struct redisDb {
	...
    // 這個存放的是鍵的過期時間
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    ...
} redisDb;

 這就很清晰了，通過expires這個指針，指向了一個dict結構，字典中記錄的就是所有鍵值對的過期時間。其中，key是鍵值對的鍵，value是long類型的毫秒精度的unix時間戳，即過期的時間點。值得注意的是，保存鍵值對的dict字典和保存過期時間的expires字典，key指針都指向相同的一個鍵字符串對象，所以在內存空間上是不會存在浪費的。

 除此之外，跟過期時間操作相關的兩個命令，當然也是基于expires這個字典來實現(xiàn)的：

• ttl 返回鍵值對的剩余時間
• persist刪除鍵值對的過期時間

4.過期鍵的管理策略

 既然有過期時間，那么鍵值對過期之后，是不是立即被刪除了呢？答案肯定不是，redis通過惰性刪除和定期刪除兩種策略實現(xiàn)對過期鍵的管理：

• 惰性刪除策略：當程序訪問到某個鍵值對的時候，會對過期時間檢查，如果過期就刪除，否則不處理。
• 定期刪除策略：基于serverCron時間事件函數(shù)，從一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫中取出一定數(shù)量的隨機鍵進行檢查，并刪除其中過期的鍵值對。

 使用這兩種過期鍵管理策略可以最大程度上在合理使用CPU時間和避免浪費內存空間之間取得平衡。

5.持久化對過期鍵的處理

rdb 持久化

• save或者bgsave會檢查鍵的過期時間，已過期的鍵不會保存到的持久化的rdb文件中。
• 服務器啟動載入rdb文件時，如果是主服務器，過期鍵會被忽略加載；如果是從服務器，不論是否過期，都會被加載。

aof 持久化

• 寫入aof文件時，key是會寫入的，過期之后，通過追加del命令，才會顯示的刪除此過期鍵。
• bgrewriteaof 重寫時會檢查鍵的過期時間，已過期的鍵不會寫入新的aof文件中。
• 服務器啟動載入aof文件時，過期鍵也會被忽略，不會被加載。

6.主從復制對過期鍵的處理

 主從復制，為了保證數(shù)據(jù)的一致性，通常由主服務器執(zhí)行更新的操作，然后將命令發(fā)送給從服務器。在3.2版本之前，由于惰性刪除策略的存在，主服務器遇到對過期鍵的訪問，會刪除此鍵值對，并給客戶端返回null值，但是從服務器由于不能執(zhí)行刪除操作，即便是此鍵已過期，也會返回對應的value值，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致導致的臟讀問題。

 在3.2版本之后，這個問題得到了修改，從服務器會判斷當前鍵是否過期，如果已過期并且是從服務器的話，也會返回null值。

到此這篇關于Redis數(shù)據(jù)庫原理深入刨析的文章就介紹到這了,更多相關Redis數(shù)據(jù)庫內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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