Redis3.0--数据库

实现

 Redis服务器将所有数据库都保存在服务器状态的redisServer结构中的db数组中，db数组的每个项都是一个redisDb结构，每个redisDb结构代表一个数据库：

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

 在初始化服务器时，程序会根据服务器状态的dbnum属性来决定应该创建多少个数据库:

struct redisServer { // 服务器的数据库数量 int dbnum; }

 dbnum属性的值由服务器配置的database选项决定，默认情况下，该选项的值为16，所以Redis服务器默认会创建16个数据库，如图所示：

切换数据库

 默认情况下，Redis客户端的目标数据库为0号数据库，但客户端可以通过执行SELECT命令来切换目标数据库。  在服务器内部，客户端状态的redisClient结构的db属性记录了客户端当前的目标数据库。

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

 redisClient.db指针指向redisServer.db数组的其中一个元素，而被指向的元素就是客户端的目标数据库。  例如，如果某个客户端的目标数据库为1号数据库。  如果这时客户端执行命令SELECT 2，将目标数据库改为2号数据库  通过修改redisClient.db指针，让它指向服务器中的不同数据库，从而实现切换目标数据库的功能–这就是SELECT命令的原理。

数据库键空间

 Redis是一个键值对（key-value pair）数据库服务器。服务器中的每个数据库都由一个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，这个字典被称为键空间。

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，每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序集合对象中的任意一种Redis对象。

添加新键

 添加一个新键值对到数据库，实际上就是将一个新键值对添加到键空间字典里面，其中，键为字符串对象，而值对象为任意一种类型的Redis对象。

删除键

 删除数据库中的一个键，实际上就是在键空间里面删除键所对应的键值对对象。

更新键

 对一个数据库键进行更新，实际上就是对键空间里面键所对应的值对象进行更新，根据值对象的类型不同，更新的具体方法也会有所不同。

对键取值

 对一个数据库键进行取值，实际上就是在键空间中取出键所对应的值对对象，根据值对象的类型不同，具体的取值方法也会有所不同。

设置键的生存时间或过期时间

 通过EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客户端可以秒或者毫秒精度为数据库中的某个键设置生存时间，在经过指定的秒数或者毫秒数之后，服务器就会自动删除生存时间为0的键。

保存过期时间

 redisDb结构的expiress字典保存了数据库中所有键的过期时间，称为过期字典：

移除过期时间

 PERSIST命令可以移除一个键的过期时间；

过期键的判定

 通过过期字典，程序可以用以下步骤检查一个给定键是否过期： 1）检查给定键是否存在于过期字典：如果存在，那么取得键的过期时间。 2）检查当前UNIX时间戳是否大于键的过期时间：如果是的化，那么键已经过期；否则的话，键未过期。

过期键删除策略

三种删除策略：

定时删除：在设置键的过期时间同时，创建一个定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作。优点：对内存最友好，缺点：对CPU时间最不友好。惰性删除：放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得键是否过期，如果过期的话，就删除该键；如果没有过期，就返回该键。优点：对CPU时间最友好。缺点：对内存最不友好，会出现浪费内存情况。定期删除：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。至于要删除多少过期键，以及要检查多少个数据库，则由算法决定。是前两种策略的一种整合和折中。难点是确定删除操作执行的时长和频率。  在这三种策略中，第一种和第三种为主动删除策略，而第二种则为被动删除策略。

Redis的过期键删除策略

 Redis服务器实际使用的是惰性删除和定期删除策略；

惰性删除策略的实现

 过期键的惰性删除策略由expireIfNeeded函数实现，所有读写数据库的Redis命令在执行前都会调用expireNeeded函数对输入键进行检查：

如果输入键已经过期，那么expireIfNeeded函数将输入键从数据库中删除。如果输入键未过期，那么expireIfNeed函数不做动作。

定期删除策略的实现

 过期键的定期删除策略由activeExpireCycle函数实现，每当Redis的服务器周期性操作serverCron函数执行时，activeExpireCycle函数就会被调用，它在规定的时间内，分多次遍历服务器中的各个数据库，从数据库的expiress字典中随机检查一部分键的过期时间，并删除其中的过期键。

AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

生成RDB文件

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

载入RDB文件

如果服务器以主服务器模式运行，那么在载入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数据库中，而过期键则会被忽略，所以过期键对载入RDB文件的主服务器不会造成影响。如果服务器以从服务器模式运行，那么在载入RDB文件时，在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。不过，因为主从服务器在进行数据同步的时候，从服务器的数据库就会被清空，所以一般来讲，过期键对载入RDB文件的从服务器也不会造成影响。

AOF文件写入

 当服务器以AOF持久化模式运行时，如果数据中的某个键已经过期，但它还没没有被惰性删除或者定期删除，那么AOF文件不会因为这个过期键而产生任何影响。  当过期键被惰性删除或者定期删除之后，程序会向AOF文件追加一条DEL命令，来显示地记录该键已被删除。

AOF重写

 在执行AOF重写地过程中，程序会对数据库中地键进行检查，已过期地键不会被保存到重写后地AOF文件中。

复制

 当服务器运行在复制模式下时，从服务器地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键之后，会显示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地读命令时，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的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。

参考

《Redis设计与实现》