用Go实现Redis之一准备工作

缘起

最近公司的第一个PHP转GO项目已经在生产环境稳定运行数周，又逢需求小年儿，最近可以得空分享下去年学GO过程中的练手项目Godis——用Golang实现的Redis.

Redis3.0版本，代码简明精炼，再加上是Web后端程序员使用最多组件之一，熟悉Redis原理并阅读多源码的开发者人数颇多，这个系列小文便不再对Redis细节做过多介绍。不过，有必要系统性说明的地方仍然会以较大篇幅尝试解读。

进入正题

基本流程

Godis第一版的目标是“最基本的kv缓存”，feature list如下：

客户端/服务端交互
set/get 命令实现
AOF持久化实现

已经做到，再精简就等于没写的境界。遵循实际工作中的编码流程，先设计基本架构再填充实现的方式，Godis的架构图一步到位、毫无点缀：

原理分析

1. 客户端/服务端交互

客户端与服务端通过建立网络连接，发送、处理、返回数据给对方，完成通信。Redis的单机应用中，一个服务端redis-server进程可以处理多个客户端的请求。

客户端需要一个数据结构来保存信息，接收命令，维持和服务端的连接，与服务端进行一对一的交互。
客户端具体需要哪些信息，暂且不表。

服务端为了响应多个客户端的请求，对数据进行查询、存储、更新、删除操作，也需要一个结构来保存基本信息，包括数据本身、正在连接中的客户端等。
客户端和服务端通过这两个基本数据结构，便可以在建立连接（可以简化为socket demo）之后，保存自身和对方的必要信息，维持之后的交互。

从原理分析入手，使用下图所示的结构体，可以满足存储客户端、服务端的数据存储要求：

client并非是我们用来和redis-server交互的client，而是与redis-server建立连接后，服务端在服务器创建的、用来存储当前连接的结构。与redis-server建立连接的客户端什么样，redis-server不关心，毕竟与之交互的都是协议而已。

由图，client和server结构体均有Db字段，不同的是，server.Db指向的是0号db（Redis支持多db，可以自行查阅了解）；client.Db指向的是正在连接的db。如果有select切换操作，该指向也会随之变化。

2. set/get 命令实现

set、get 命令是redis最常用的命令之一，也是最能反映缓存发展历史的操作。对最简单命令代码的阅读，可以看到Redis最核心的原理。
set命令将数据以k-v键值对，保存到数据库，也就是redis-server占用的内存中，并且任何连接到此Redis服务器的客户端，都可以通过get命令查询到。
上一小节提到，保存服务器相关的信息需要一个结构体，这里set命令保存的数据，也存在这个结构体中。不过，存储的是数据的指针。
所以，set/get的实现原理可以简化为，在服务器数据结构中保存set命令的数据，get命令执行时，也从这个数据结构中查找。
set、get命令在客户端接收之后，经由协议转换传递给服务端执行。服务端执行命令前先查询是否支持该命令，以决定是否执行。所以server结构体还需要有个commands字段，记录支持的命令列表。

3. AOF持久化实现

set命令保存的数据不能一直在内存中，万一宕机或者硬件故障，数据岂不是烟消云散？
这就需要持久化技术，这也是存储领域的一大关键技术。AOF，是Append Only File的简称，代表的是“只存增量”的持久化方式。在Godis v1.0版本中，将以最简单的方式实现AOF持久化，做到下次开机可以查到上次set的数据 :)
持久化不应该对所有命令一视同仁，减少没必要的执行开销。在server中增加dirty字段，标记数据是否已经被污染，再决定是否持久化。

数据结构关联

经过如上说明，这里还有一幅Godis v1.0版数据结构图：

下集预告

完成服务端/客户端交互