Redis|第10章二进制数组、慢查询日志和监视器《Redis设计与实现》
目录
- 前言
- 1. 二进制位数组
- 1.1 位数组的表示
- 1.2 GETBIT 命令的实现
- 1.3 SETBIT 命令的实现
- 1.4 BITECOUNT 命令的实现
- 1.5 BITOP 命令的实现
- 2. 慢查询日志
- 2.1 慢查询记录的保存
- 2.2 慢查询日志的阅览与删除
- 2.3 添加新日志
- 3. 监视器
- 最后
前言
参考资料:《Redis设计与实现 第二版》;
第三部分为独立功能的实现,主要由以下模块组成:发布订阅、事务、Lua 脚本、排序、二进制位数组、慢查询日志、监视器;
本篇将介绍 Redis 的二进制位数组、慢查询日志和监视器。Redis 提供了一些命令操作二进制位数组;通过 SLOWLOG 相关命令可以对慢查询日志进行操作;通过 MONITOR 命令可以进入监视器模式;
与本章相关的 Redis 命令总结在下篇文章,欢迎点击收藏,本篇将不再重复:
《Redis常用命令及示例总结(API)》:https://blog.csdn.net/dlhjw1412/article/details/119713214
1. 二进制位数组
1.1 位数组的表示
- Redis 使用字符串对象来表示位数组,因为字符串对象使用的 SDS 是二进制安全的;
- 使用逆序保存位数组,下图实际为:1111 0000 1100 0011 1010 0101;
- 使用逆序保存位数组,可以直接在新扩展的二进制位中完成,不必改动位数组原来已有的二进制位;
1.2 GETBIT 命令的实现
GETBIT key offset
命令;- 1)计算 byte=offset / 8;
byte
值表示位数组的哪个字节; - 2)计算 bit=(offset mod 8)+1;
bit
值表示在byte
下标字节的第几个二进制位; - 3)根据 byte 和 bit 的值定位
offfset
偏移量指定的二进制位; - 4)向客户端返回二进制位的值;
1.3 SETBIT 命令的实现
SETBIT key offset value
命令;1)计算 len=offset/8+1;
len
值表示offset
指定的二进制位至少需要多少字节;2)根据 len 值进行扩展新空间,如果原位数组长度够则不扩展;
3)计算 byte=offset/8;
byte
值表示位数组的哪个字节;4)计算 bit=(offset mod 8)+1;
bit
值表示在byte
下标字节的第几个二进制位;5)根据 byte 和 bit 的值定位 offfset 偏移量指定的二进制位
oldvalue
,并修改;6)向客户端返回二进制位
oldvalue
的值;无扩展操作的 SETBIT 命令示例如下:
带扩展操作的 SETBIT 命令示例如下:
1.4 BITECOUNT 命令的实现
遍历算法:
- 遍历位数组中的每个二进制位,遇到 1 时将计数器值赠 1;
- 实现简单,效率低;
查表法:
- 对于长度有限的位数组而言,能表示的二进制位有限,而每种排列顺序的 1 的个数是确定的;
- 查表法是典型的空间换时间策略,节约时间越多,花费内存越大
- 受 CPU 缓存限制:创建表越大,能加载进缓存的内容越少,缓存不命中的情况越高,缓存的换入换出操作就越频繁,最终影响实际效率;
variable-precision SWAR 算法:
又称:计算汉明重量法;
一个处理 32 位长度位数的算法示例:
uint32_t swar(unit32_t i){
//步骤1:按每2个二进制位为一组分组,各组的十进制为汉明重量
i = (i & 0x55555555) + ((i >> 1) & 0x55555555);
//步骤2:按每4个二进制位为一组分组,各组的十进制为汉明重量
i = (i & 0x33333333) + ((i >> 2) & 0x33333333);
//步骤3:按每8个二进制位为一组分组,各组的十进制为汉明重量
i = (i & 0x0F0F0F0F) + ((i >> 4) & 0x0F0F0F0F);
//步骤4
i = (i*(0x01010101) >> 24);
return i;
}
一个示例如下:
- Redis 的实现:
- BITCOUNT 命令使用查表法和 variable-precision SWAR 法两种;
- 查表法:使用键长为 8 位的表,记录 0000 0000 到 1111 1111 在内的二进制位的汉明重量;
- variable-precision SWAR 法:每次循环中载入 128 个二进制位,调用 4 次 32 位的variable-precision SWAR 法计算 128 位二进制位的汉明重量;
- 程序根据未处理的二进制位的数量决定使用哪种算法:
- 未处理二进制位大于等于 128 位:variable-precision SWAR 法;
- 未处理二进制位小于 128 位:查表法;
- BITCOUNT 命令使用查表法和 variable-precision SWAR 法两种;
- 算法的时间复杂度为:O(n),n 为输入二进制位的数量;
1.5 BITOP 命令的实现
BITOP 命令的所有操作都是使用 C 语言内置的位操作来实现的;
BITOP 命令 C语言操作 说明 BITOP AND
&
逻辑与
BITOP OR
|
逻辑或
BITOP XOR
^
逻辑异或
BITOP NOT
~
逻辑非
2. 慢查询日志
Redis 的慢查询日志功能用于记录执行时间超过给定时长的命令请求,用户可以通过这个功能产生的例子来监视和优化查询速度;
服务器配置有两个和慢查询日志相关的选项:
slowlog-log-slower-than
选项:指定执行时间超过多少毫秒的命令请求会被记录到日志上;slowlog-max-len
选项:指定服务器最多保存多少条慢查询日志。采用先进先出的方式;
使用 SLOWLOG 相关命令可以操作慢查询日志;
2.1 慢查询记录的保存
服务器状态中包含与慢查询日志功能相关的属性:
struct redisServer{
//...
// 下一条慢查询日志的 ID
long long slowlog_entry_id;
// 保存了所有慢查询日志的链表
list *slowlog;
// 服务器配置 slow_log_slower_than 选项的值
long long slow_log_slower_than;
// 服务器配置 slowlog_max_len 选项的值
unsigned long slowlog_max_len;
};
slowlog
链表结构如下:typedef struct slowlogEntry{
// 唯一标识符
long long id;
// 命令执行时的时间,格式为 UNIX 时间戳
time_t time;
// 执行命令消耗的时间,以微秒为单位
long long duration;
// 命令与命令参数
robj **argv;
// 命令与命令参数的数量
int argc;
} slowlogEntry;
2.2 慢查询日志的阅览与删除
SLOWLOG GET [number]
;打印所有 slow log ,最大长度取决于 slowlog-max-len 选项的值;SLOWLOG LEN
;查看当前日志的数量。其值为 slowlog 链表的长度;SLOWLOG RESET
;清除所有慢查询日志;
2.3 添加新日志
- 每次执行命令的之前和之后,程序会记录微秒格式的当前 UNIX 时间戳,两个时间戳之间的差值就是服务器执行命令所消耗的时长;
- 新的慢查询日志会被添加到 slowlog 链表的表头,如果日志的数量超过
slowlog-max-len
选项的值,那么多出来的日志会被删除;
3. 监视器
- 执行 MONITOR 命令,客户端可以将自己变为一个监视器,实时打印服务器当前处理的命令请求相关信息;
- 当一个客户端从普通客户端变为监视器时,该客户端的
REDIS_MONITOR
标识会被打开,该客户端会被添加到monitors
链表的表尾; - 所有监视器都记录在
monitors
链表里; - 每次处理命令请求时,服务器会遍历
monitors
链表,将相关信息发送给监视器;
最后
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