Redis设实 - 09 数据库

《Redis设计与实现 黄建宏 著》第9章

该书基于Redis2.9，即Redis3.0开发版编写

1. 数据结构

Redis服务器数据结构

typedef struct redisServer{

// ...

// 一个数组，保存服务器中的所有数据库

redisDb *db;

// 服务器的数据库数量，默认为16，可通过服务器配置中database选项修改

int dbnum;

// 记录RDB保存条件的数组

saveparam *saveparams;

// 修改计数器，上一次成功执行SAVE或BGSAVE后数据库状态的修改次数

long long dirty;

// 上一次成功执行SAVE或BGSAVE的时间，UNIX时间戳

time_t lastsave;

// ...

}redisServer;

Redis数据库数据结构

typedef struct redisDb{

// ...

// 数据库键空间，保存数据库中的所有键值对

dict *dict;

// 过期字典，保存全部有过期时间数据库键的过期时间

dict *expires;

// ...

}redisDb;

注，因数据库键空间是一个字典，故所有对数据库的操作，实际上都是通过对字典进行操作来实现的

Redis客户端状态数据结构

typedef struct redisClient{

// ...

// 记录客户端当前正在使用的数据库（指向redisServer.db数组其中一个元素）

redisDb *db;

// ...

}redisClient;

通过修改redisClient.db指针指向不同数据库，从而实现切换目标数据库的功能，这是 SELECT命令的实现原理

Redis命令对数据库进行读写时的额外维护操作（读、写操作都对键进行读取）

1) 读取一个键后，服务器会根据键是否存在去更新键空间命中或不命中次数，这两个值可在INFO stats命令的keyspace_hits和keyspace_misses属性中查看

2) 读取一个键后，服务器会更新键的LRU时间

3) 若服务器读取一个键时发现该键已过期，则会先删除该键，然后执行其他操作

4) 若有客户端使用 WATCH命令监视某个键，则服务器在对被监视的键进行修改后，会将该键标记为“脏”，从而让事务程序注意到该键被修改过

5) 服务器每修改一个键后，都会对“脏”键计数器的值+1，该计数器会触发服务器的持久化及复制操作

6) 若服务器开启了数据库通知功能，则在对键进行修改后，服务器将按配置发送相应的数据库通知

2. 过期键

4个设置键过期命令

· EXPIRE 将键key的生存时间设置为ttl秒

· PEXPIRE 将键key的生存时间设置为ttl毫秒

· EXPIREAT 将键key的过期时间设置为timestamp指定的秒数时间戳

· PEXPIREAT 将键key的过期时间设置为timestamp指定的毫秒数时间戳

注，

实际上EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT3个命令都使用PEXPIREAT命令实现

PEXPIREAT命令为数据库键设置过期时间时，服务器会在过期字典中关联给定的数据库键和过期时间

过期字典

数据库中所有键的过期时间保存在过期字典（redisDb.expires）中

typedef struct redisDb{

// ...

// 过期字典，保存键的过期时间

dict *expires;

// ...

}redisDb;

·过期字典的键是一个指针，该指针指向键空间中的某个数据库键

·过期字典的值是一个long long类型整数，该整数保存键所指向的数据库键的过期时间，一个毫秒精度UNIX时间戳

移除过期时间命令

PERSIST 解除数据库键和过期时间在过期字典中的关联

查看剩余生存时间命令

TTL 查看以秒为单位的剩余生存时间

PTTL 查看以毫秒为单位的剩余生存时间

过期键判定步骤

1) 检查给定键是否存在于过期字典，若存在，则取得键的过期时间，否则键未过期

2) 检查当前UNIX时间戳是否大于键的过期时间，若是，则键已过期，否则键未过期

过期删除策略

Redis服务器使用惰性删除和定期删除两种策略配合删除过期键

惰性删除策略

Redis服务器执行命令前会对输入键进行检查：

·若输入键已过期，则将该键从数据库删除

·若输入键未过期，则不做任何动作

定期删除策略

Redis服务器周期性执行以下过期键删除操作

·从一定数量数据库中取一定数量随机键进行检查，并删除其中的过期键

·记录检查进度，并在下次检查时接着上次的进度继续进行检查

·随着以上操作循环执行，服务器中所有数据库都会被检查一遍，然后再次开始新一轮检查工作

RDB对过期键的处理

生成RDB文件时，过期键不会被保存到新创建RDB文件中

载入RDB文件时，

若服务器以主服务器模式运行，过期键不会被载入到数据库

若服务器以从服务器模式运行，所有键，不论是否过期，都被载入到数据库

注，主从服务器进行数据同步时，从服务器数据库会被清空，故，从服务器载入过期键不会对数据一致性产生影响

AOF对过期键的处理

AOF写入文件时，

若数据库中某键已过期，但未被惰性删除或定期删除，则该过期键会继续被写入文件

当该过期键被惰性删除或定期删除后，程序向AOF文件追加DEL命令，显式地记录该键已被删除

AOF重写时，过期键不会被写入重写文件

复制模式对过期键的处理

从服务器过期键删除动作由主服务器控制：

·主服务器删除过期键后，显式地向所有从服务器发送DEL命令，告知从服务器删除该过期键

·从服务器执行客户端读命令时，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键一样处理过期键

·从服务器只有在接到主服务器发来的DEL命令后，才会删除过期键

注，以上机制可保证主从服务器数据一致性

3. 数据库通知

客户端可通过订阅给定的频道或模式，获知数据库中键的变化，及数据库中命令的执行情况

2类通知

键空间通知（key-space notification），关注“某个键执行了什么命令”（以键为核心）

键事件通知（key-event notification），关注“某个命令被什么键执行了”（以命令为核心）

发送通知的配置

服务器配置中 notify-keyspace-events选项设置发送通知的类型，可选值及含义：

·AKE，发送所有类型的键空间通知和键事件通知

·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$，只发送和字符串键有关的键空间通知

·El，只发送和列表键有关的键事件通知

发送通知函数

void notifyKeyspaceEvent(int type, char *event, robj *key, int dbid);

type，通知类型，程序根据该值判断该通知是否是服务器配置选定的通知类型，进而决定是否发送通知

event，事件名称

keys，产生事件的键

dbid，产生事件的数据库号码

函数根据上述4个参数构建事件通知的内容，及接收通知的频道名

发送通知函数的实现（过程）

1) 检查服务器是否允许发送该通知类型，若否，则直接返回

2) 检查服务器是否允许发送键空间通知，若是，则构建并发送事件通知

3) 检查服务器是否允许发送键事件通知，若是，则构建并发送事件通知