Redis|第4章Redis中的数据库《Redis设计与实现》

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目录

  • 前言
  • 1. Redis中的数据库
  • 2. 数据库的键空间
  • 3. 键的生成时间与过期时间
  • 4. Redis中的过期键删除策略
  • 5. AOF、RDB和复制功能对过期键的处理
    • 5.1 生成 RDB 文件
    • 5.2 载入 RDB 文件
    • 5.3 AOF 文件写入
    • 5.4 AOF 重写
    • 5.5 复制
  • 6. 数据库通知
  • 最后

前言

参考资料:《Redis设计与实现 第二版》;

第二部分为单机数据库的实现,主要由以下模块组成:数据库、持久化、事件、客户端与服务器;

本篇将介绍 Redis 中的数据库;

redis中的数据库">1. Redis中的数据库

  • Redis服务器的所有数据库保存在redis.h/redisService结构的db数组中:

    struct redisService{

    //...

    //保存所有数据库的数组

    redisDB *db;

    //服务器的数据库数量

    int dbnum;

    //...

    }

    • dbnum属性由服务器配置的 database 选项决定,默认为 16;

  • Redis客户端数据库保存在在redisClient结构的db属性:

    typedef struct redisClient{

    //...

    //记录客户端当前正在使用的数据库

    redisDB *db;

    } redisClient;

    • 客户端通过修改目标数据库指针,让它指向 redisService.db 数组中的不同元素;
    • 可以通过 SELECT index 命令来切换数据库;

  • 数据库的定义在redis.h/redisDb结构中:

    typedef struct redisDb{

    //...

    //数据库键空间,保存数据库中所有的键值对

    dict *dict;

    //过期字典,保存着键的过期时间

    dict *expires;

    } redisDb;

    • 键空间的键是数据库的键,每个键是一个字符串对象;
    • 键空间的值是数据库的值,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一种;



2. 数据库的键空间

  • 数据库键空间是一个字典,所有针对数据库的操作都是通过键空间字典来操作的;
  • 在对键空间进行读写操作时,Redis 还会进行一些维护操作:

    • 读取键后,会根据键是否存在更新服务器的键空间命中 keyspace_hits 次数或键空间不命中 keyspace_misses 次数。通过 INFO stats 命令查看属性;
    • 读取键后,服务器会更新键的 LRU(最后一次使用时间)。通过 ONBJECT idlettime [key] 命令查看key的闲置时间;
    • 服务器在读取键时发现键已经过期,会先删除这个过期键;
    • 如果有客户端使用 WATCH 命令监视某个键,服务器对该键修改后会标记上脏 dirty,让事务处理程序注意;
    • 服务器每修改一个键后,会对脏 dirty 键计数器值增 1,计数器会触发服务器的持久化以及复制操作;


3. 键的生成时间与过期时间

  • 键的时间相关设置命令参看《Redis常用命令及示例总结》1.3 生存时间的功能;
  • 生存时间:

    • 客户端可以通过 EXPIRE 或 PEXPIRE 命令以秒或毫秒精度为数据库中某个键设置生存时间(Time To Live,TTL)。经过指定时间后,服务器自动删除生存时间为0的键;
    • 可以通过 SETEX 命令在设置字符串键同时设置过期时间;
    • 使用 TTL 或 PTTL 命令获取键的剩余生存时间;

  • 过期时间:

    • 客户端设置过期时间的命令是 EXPIREAT 或 PEXPIREAT;
    • 过期时间是一个 UNIX 时间戳;

  • EXPIRE、PEXPIRE 和 EXPIREAT 三个命令都会转换成 PEXPIREAT 命令实现;


4. Redis中的过期键删除策略

  • 有三种删除过期键的策略:

    • 定时删除:主动策略。对内存最友好,到期就释放内存。缺点是对CPU事件不友好,当过期键比较多时,会占用一部分CPU时间;
    • 惰性删除:被动策略。对CPU时间最友好。每次从键空间获取键时,检查取得的键是否过期,过期则删除。缺点是对内存不友好;
    • 定期删除:主动策略。前两种策略的整合与折中。每隔一段时间执行一次删除过期键操作,并通过限制删除操作执行的时长与频率减少删除操作对CPU时间的影响。缺点是难以确定删除操作执行的时长和频率;

  • 惰性删除策略由 db.c/expireIfNeeded 函数实现,流程如下:

  • 定期删除策略由 redis.c/activeExpireCycle 函数实现,每当Redis的服务器周期性操作 redis.c/serverCron 函数执行时,activeExpireCycle 函数会被调用。在规定的时间内,分多次遍历服务器各个数据库,从数据库的 expires 字典中随机检查一部分过期时间,删除其中过期键;


5. AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

5.1 生成 RDB 文件

  • 在执行 SAVE 或 BGSAVE 命令创建一个新的 RBG 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;

5.2 载入 RDB 文件

  • 载入 RDB 文件时:

    • 若服务器以主服务器模式运行,过期键不载入;
    • 若服务器以从服务器模式运行,所有键都会载入;

5.3 AOF 文件写入

  • 当服务器以 AOF 持久化模式运行时,未被惰性删除和定期删除的过期键不会对 AOF 文件产生影响;
  • 当过期键被惰性删除或定期删除后,程序会向 AOF 文件追加(append)一条 DEL 命令,显示记录该键已被删除;

5.4 AOF 重写

  • 与 RDB 文件类似,在执行 AOF 重写过程中,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重写后的 AOF 文件中;

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;



6. 数据库通知

  • 数据库通知是 Redis 2.8 版本新增的功能;
  • 数据库通知可以让客户端通过订阅给定的频道或模式,来获知数据库中键的变化,以及数据库中命令的执行情况;
  • 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;
  • 通知的相关命令可以参考 《Redis常用命令及示例总结》7. Pub/Sub(发布/订阅);
  • 两类通知类型:

    • 键空间通知 key-space notification:关注 “某个键执行了什么命令”;SUBSCRIBE channel:message;
    • 键事件通知 key-event notification:关注 “某个命令被什么键执行了”;SUBSCRIBE channel:del;

  • 服务器配置的 notify-keyspace-events 选项决定服务器所发送通知的类型:

    • AKE:发送所有类型的键空间和键事件通知;
    • AK:发送所有类型的键空间通知;
    • AE:发送所有类型的键事件通知;
    • K$:只发送字符串有关的键空间通知;
    • EL:只发送列表键有关的键事件通知;

  • 发送数据库通知的功能是由 notify.c/notifyKeyspaceEvent 函数实现;


最后

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