redis 单机数据库的实现

数据库键空间

Redis 是一个键值对（key-value pair）数据库服务器， 服务器中的每个数据库都由一个 redis.h/redisDb 结构表示， 其中， redisDb 结构的dict 字典保存了数据库中的所有键值对， 我们将这个字典称为键空间（key space）：

typedef struct redisDb {

    // ...

    // 数据库键空间，保存着数据库中的所有键值对
    dict *dict;

    // ...

} redisDb;

键空间和用户所见的数据库是直接对应的：

• 键空间的键也就是数据库的键， 每个键都是一个字符串对象。
• 键空间的值也就是数据库的值， 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在内的任意一种 Redis 对象。

举个例子， 如果我们在空白的数据库中执行以下命令：

redis> SET message "hello world"
OK

redis> RPUSH alphabet "a" "b" "c"
(integer) 3

redis> HSET book name "Redis in Action"
(integer) 1

redis> HSET book author "Josiah L. Carlson"
(integer) 1

redis> HSET book publisher "Manning"
(integer) 1

那么在这些命令执行之后， 数据库的键空间将会是图 IMAGE_DB_EXAMPLE 所展示的样子：

• alphabet 是一个列表键， 键的名字是一个包含字符串 "alphabet" 的字符串对象， 键的值则是一个包含三个元素的列表对象。
• book 是一个哈希表键， 键的名字是一个包含字符串 "book" 的字符串对象， 键的值则是一个包含三个键值对的哈希表对象。
• message 是一个字符串键， 键的名字是一个包含字符串 "message" 的字符串对象， 键的值则是一个包含字符串 "hello world" 的字符串对象。

数据库键空间的事例

所以对数据库的增删改查也是对键空间字典的增删改查。

重点

• Redis 服务器的所有数据库都保存在 redisServer.db 数组中， 而数据库的数量则由 redisServer.dbnum 属性保存。
• 客户端通过修改目标数据库指针， 让它指向 redisServer.db 数组中的不同元素来切换不同的数据库。
• 数据库主要由 dict 和 expires 两个字典构成， 其中 dict 字典负责保存键值对， 而 expires 字典则负责保存键的过期时间。
• 因为数据库由字典构成， 所以对数据库的操作都是建立在字典操作之上的。
• 数据库的键总是一个字符串对象， 而值则可以是任意一种 Redis 对象类型， 包括字符串对象、哈希表对象、集合对象、列表对象和有序集合对象， 分别对应字符串键、哈希表键、集合键、列表键和有序集合键。
• expires 字典的键指向数据库中的某个键， 而值则记录了数据库键的过期时间， 过期时间是一个以毫秒为单位的 UNIX 时间戳。
• Redis 使用惰性删除和定期删除两种策略来删除过期的键： 惰性删除策略只在碰到过期键时才进行删除操作， 定期删除策略则每隔一段时间， 主动查找并删除过期键。
• 执行 SAVE 命令或者 BGSAVE 命令所产生的新 RDB 文件不会包含已经过期的键。
• 执行 BGREWRITEAOF 命令所产生的重写 AOF 文件不会包含已经过期的键。
• 当一个过期键被删除之后， 服务器会追加一条 DEL 命令到现有 AOF 文件的末尾， 显式地删除过期键。
• 当主服务器删除一个过期键之后， 它会向所有从服务器发送一条 DEL 命令， 显式地删除过期键。
• 从服务器即使发现过期键， 也不会自作主张地删除它， 而是等待主节点发来 DEL 命令， 这种统一、中心化的过期键删除策略可以保证主从服务器数据的一致性。
• 当 Redis 命令对数据库进行修改之后， 服务器会根据配置， 向客户端发送数据库通知。