Redis设计与实现 --- 单机数据库

来源：互联网发布：权重分配算法编辑：程序博客网时间：2024/06/08 07:12

原Blog：http://blog.csdn.net/pentiumchen/article/details/44354079

一个Redis服务器实例在单机运行时可以添加多个数据库来保存键值对，Redis在实现中通过一个redisDb结构体来描述数据库，该结构体中有一个字典类型的字段来保存数据库中所有的键值对，redisServer结构体来描述服务器实例，该结构体中有一个dbnum字段来保存数据库数量，一个redisDb数组字段来保存服务器中的所有数据库。

[cpp] view plain copy
struct redisServer{  
    ...  
    redisDb *db;//一个数组，保存服务器中的所有数据库  
    int dbnum;//数据库数量  
    ...  
};  
  
typedef struct redisDb{  
    ...  
    dict *dict;//数据库键空间  
    ...  
} redisDb;  

当客户端调用SET、RPUSH等命令之后会把命令中内容作为键值对添加到redisDb的dict字典字段中，调用DEL等删除操作时会删除dict字段中相应的数据。

客户端可以通过调用select <数据库编号> 来切换数据库。在服务器内部，通过redisClient结构体保存客户端状态，该结构体中有一个db字段来记录目标数据库，切换数据库之后，redisClient结构体中的db属性指向目标的数据库结实例。

[cpp] view plain copy
typedef struct redisClient{  
    ...  
    redisDb *db;//指向目标数据库  
    ...  
}redisClient;  

键的过期时间：
redis提供了四种命令设置键的过期时间：

EXPIRE <key> <ttl> 设置key的生存时间为ttl秒。
PEXPIRE <key> <ttl> 设置key的生存时间为ttl毫秒。
EXPIREAT <key> <timestamp> 设置key的过期时间为timestamp所指定秒数时间戳。
PEXPIREAT <key> <timestamp>设置key的过期时间为timestamp所指定的毫秒数时间戳。

在redisDb结构体中有一个expires字段，用来保存数据库中所有键的过期时间，这是一个字典字段，键是一个指向键对象的指针，值是一个长整型数保存过期时间（精确的UNIX毫秒时间戳），服务器通过该字段来检查键是否已过期。

此外可以通过TTL<key>和PTTL<key>查询键的剩余生存时间，通过PERSIST <key>移除键的过期时间。

当键过期时有三种删除策略：

定时删除，创建一个定时器，在定时任务中删除过期的键。这种策略节约内存但是耗CPU资源。
惰性删除，不主动删除过期键，每次访问该键时如果该键过期删除该键。这种策略对CPU消耗比较小，但是浪费内存，而且如果过期的键一致不被访问的话有内存泄露的风险。
定期删除，每隔一段时间，程序对数据库做一次检查，删除里面的过期键。但是不全部删除，删除多少由算法定，可以根据删除键花费的时间或者一次删除键的数量来控制。这种策略是1和2的折中，在内存和CPU上平衡，事实上很多性能调优的场景都是在内存和CPU之间牺牲哪一个而纠结。

redis在实现时采用了2和3策略。

关于持久化和复制功能对过期键的处理：

在生成RDB文件时会过滤掉过期的键。
在生成AOF文件时如果键过期会增加一条DEL命令到AOF文件中，AOF重写时也会忽略过期的键。
当主服务器删除一个过期的键后它会向所有从服务器发送一条DEL命令，显示地删除过期键。从服务器不会主动删除过期的键，而是由主服务器统一通知，这种统一、中心化的过期键删除策略可以保证主从服务器数据的一致性

持久化：同memcached等完全基于内存的缓存相比，Redis是提供了持久化功能的，这也是为什么在某些条件下Redis可以用来做存储而不仅仅是缓存，节点down机之后可以通过持久化的数据还原某个时间点的状态。Redis提供了两种持久化机制RDB和AOF

1）ROB：DB持久化是把当前数据库数据备份到一个RDB文件中，RDB文件是一个经过压缩的二进制文件，通过这个文件可以还原生成RDB文件时的数据库状态

2）AOF：AOF是通过保存服务器所执行的命令来保存数据库的状态的。当结点down机重启时通过载入AOF文件并且执行文件中的命令就可以恢复生成AOF文件时的数据库状态，如果同时存在RDB文件和AOF文件，服务器优先载入AOF文件来还原数据库状态

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