Redis-单机数据库的实现-数据库原理

女爷i 2022-04-23 02:36 195阅读 0赞

**目录**

1. 服务器中的数据库

2. 数据库键空间

2.1. 读写空间时的维护操作

3. 过期时间

4. 过期删除策略

4.1. 定时删除

4.2. 惰性删除

4.3. 定期删除

4.4. Redis删除策略

5. AOF、RDB和复制功能对对过期键的处理

5.1. RDB

5.2. AOF

5.3. 复制

6. 数据库通知

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# 1. 服务器中的数据库 #

Redis也是个程序，用C语言写的，那么保存数据是需要一个数据结构的，那么Redis中的数据库是什么结构呢

![image2019-1-22_16-46-52.png_version_1_modificationDate_1548146813000_api_v2][]

大概的样子如上图所示

RedisServer通过dbnum来确定初始化的时候，需要新建多少个数据库，也就是db数组

而redisClient连接的时候需要选定操作是那个数据库，默认是0号库，也能通过select命令选择使用那个数据库，例如select 1，选择了1号库，那么这个时候就如上图所示

每一个client连接到server，都会再server保存一个client实例

# 2. 数据库键空间 #

数据库键是一个字符串对象

数据库值可以是字符串对象，列表，集合，哈希对象等等，任意一种Redis对象

如下图所示

“xx” 表示一个字符串对象

![redis_E5_85_B7_E4_BD_93_E7_BB_93_E6_9E_84.png_version_1_modificationDate_1548148481000_api_v2][]

可以看出，数据库的底层是用dict，也就是哈希对象实现的

## 2.1. 读写空间时的维护操作 ##

当使用Redis命令对数据库进行读写时候，服务器不仅会对键空间执行指定的读写操作，还会执行一项额外的维护操作

*  读取键之后，会根据键是否存在更新键空间命中（hit）次数和键空间不命中（miss）次数，可以通过info stats命令查看
 *  读取之后，会更新键LRU时间
 *  如果服务器发现读取一个键时间这个键已经过期，会先删除这个键，然后再执行余下操作
 *  如果客户端使用了watch命令监视某个键，那么服务器对被监视的键进行修改，会将这个键标注为赃读
 *  服务器修改一个键后，赃读+1，这个计数器引发持久化操作
 *  如果服务器开启通知功能，那么对键修改后，会发生相应的数据库通知

# 3. 过期时间 #

expire命令和pexpire命令

前者是设置秒，后者是设置毫秒

本质上是通过将秒转换为时间戳实现的，例如expire 5 这样会将当期时间+5算到时间戳，当时间戳的时间来临就过期

pexpireat <key> <时间戳> 所有设置过期时间的命令都是用这个命令实现的 这个时间戳是毫秒级别，对应有个expireat秒级别

这个过期时间保存地方如下图所示

![E8_BF_87_E6_9C_9F_E6_97_B6_E9_97_B4.png_version_1_modificationDate_1548150012000_api_v2][]

这里过期时间的expires中的key和dict中的key是同一个对象，redis做了复用，不会造成2倍的内存消耗

# 4. 过期删除策略 #

一般来说删除策略分为3种

1.  定时删除
2.  惰性删除
3.  定期删除

## 4.1. 定时删除 ##

对内存最友好，通过定时器实现，保证过期键会尽可能快的被删除，并释放过期键所占用的内存，缺点就是对CPU不友好，过期键很多情况下，删除过期键会占用很多CPU，容易造成吞吐量影响

Redis创建定时器需要用到Redis服务器中的时间事件，时间事件的实现方式无序列表，时间复杂度是O(n)

而且对每个键都创建个定时器，也不正常，不现实

## 4.2. 惰性删除 ##

对CPU最友好，程序只会在取出键的时候检查，判断是否过期，同理对内存不友好，可能过期之后，长期没有访问，一直存在，可以看成是一种内存泄漏

## 4.3. 定期删除 ##

定期删除可以看成上面两种的折中

定期删除的策略是每隔一段时间执行一次删除过期键的操作，并通过限制操作执行频率和时长减少对CPU影响，简单来说，限制时间，限制删除键数量来操作

## 4.4. Redis删除策略 ##

Redis采用定期删除和惰性删除两种策略配合使用

惰性删除

Redis在调用读写命令之前都会判断键是否过期，过期就删除

定期删除

在规定时间内，分多次遍历服务器中各个数据库，从数据库的expires字典中随机拿出一部分键的过期时间，检查是否过期，并删除过期键

有个全局变量记录当前操作那个数据库，当执行完最后一个数据库时候，计数器归0，从新开始

每次开始的操作时候，有两个变量控制，时间，清除过期键梳理，如果在操作过程中，时间到期，则操作结束，如果时间没有到期，但是清除了规定的键梳理，操作也结束

# 5. AOF、RDB和复制功能对对过期键的处理 #

## 5.1. RDB ##

过期键在生成RDB文件时候，不会保存进RDB文件中

在载入RDB文件时候，主服务器会根据键是否过期来判断是否载入这个键，从服务器则载入所有，不管是否过期，但是主从同步数据之后，过期键还是会被删除

## 5.2. AOF ##

当一个键过期了，会追加一条DEL命令进AOF文件

重写AOF时候，会判断键是否过期，过期的键会被忽略

## 5.3. 复制 ##

在主从模式下，从服务器的过期键删除动作由主服务器控制

主服务器删除一个键，显示向所有服务器发送一个DEL命令，告知所有从服务器这个键被删除

从服务器在执行客户端读命令，遇见过期键也不会删除

# 6. 数据库通知 #

当Redis命令对数据库进行了修改之后，服务器会根据配置向客户端发送数据库通知，包含事件名称，产生事件的键，产生事件的数据库编号确定事件内容

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