Redis数据库底层设计

た入场券 2022-05-13 09:48 169阅读 0赞

**内存数据保存状态**

redis服务器将所有数据库都保存在redis.h/redisServer结构中的db数组中，db数组中的每一项都是redis.h/redisDb结构，而redisDb就是一个数据库的底层表现形式。

struct redisServer{
        //····
        //数组形式的，保存着redis服务器中的所有数据库，一般为16个，可以通过dbnum来指定
        redisDb *db；
        int dbnum；
        //···
    }

redis服务端会保存每个客户端的状态属性，其中也包括客户端使用的目标数据库，一般默认使用0号数据库，可以通过select命令进行切换。

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

redis是一个键值对数据数据库服务器(key-value pair)，在redisDb结构的dict字典中保存了一个数据库下所有的键值对，我们称之为键空间(key space)

typedef struct redisDb{
        dict *dict；//数据库键空间
        dict *expires；//过期管理字典
        dict *wathcd_keys;//实现watch，用于事物
        struct evictionPoolEntry *eviction_pool;//内存不足是，用于LRU算法回收
        //......
    }redisDb；

需要注意两点，  
1、键空间的键都是字符串对象  
2、键空间的值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序对象中的任意一种。  
每一个对象都对应着一个redisObject

typedef redisObject{
        unsigned type; //无符号类型
        unsigned encoding;//编码
        void *ptr；//指针，指向底层数据实现的指针
        unsigned lru;//实现LRU算法
        int refcount；//引用计数
    }robj；

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**持久化数据保存形式**

redis的数据持久化包括RDB和AOF两种。RDB适用于全量备份，AOF适用于增量备份。  
RDB因为是定时备份的所以不一定具有完整数据，但是因为底层是通过二进制的形式来保存键值对数据，所以redis服务启动时，加载到内存的速度更快。  
AOF则是相当于将原始命令保存到AOF文件中，数据加载的过程相当于是所有命令的重新输入生效的过程，虽然之后也有aof\_rewrite的实现方式，但是加载到内存的速度还是不如RDB，但是AOF的优点在于他是实时的。RDB文件只能备份最后一次save/bgsave的数据，如果距离最后一次备份时间过久，丢失数据越多。  
当开启AOF的时候有限AOF加载数据。

RDB的底层文件结构。  
\[redis\]\[db\_versiong\]\[databases\]\[EOF\]\[check\_sum\]  
1、5个字节长度的5个reids字符，用于快速检查该文件是否是RDB文件  
2、4个字节长度的RDB文件版本  
3、databases包含任意个数据库，以及数据库中的键值对数据  
4、一个字节长度的结束标记符号  
5、8个字节长度的无符号整数，该值前面4个部分的算法校验和，以此来检查RDB文件是否损坏

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>redis字符</th> 
   <th>RDB文件版本</th> 
   <th>select</th> 
   <th>db_number数据库号码</th> 
   <th>pairs键值对数据</th> 
   <th>任意多个数据库及其键数据</th> 
   <th>EOF结束符</th> 
   <th>check_num校验和</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>redis</td> 
   <td>db_version</td> 
   <td>select</td> 
   <td>0</td> 
   <td>pairs</td> 
   <td>…</td> 
   <td>EOF</td> 
   <td>check_num</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中pairs保存的是所有键值对数据，以Type、key、value的格式保存、如果有过期时间则是EXPIRETIME\_MS、ms、TYPE、key、value