图解 Redis 之数据库篇

足下_
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原文链接： zhuanlan.zhihu.com
redis服务器将所有数据库都保存在服务器状态redis.h/redisServer结构的db中,db是一个redisDb数组类型,每个元素都代表一个数据库(redisDb),而服务器内部又保存一个redisClient结构,它包含了一个redisDb指针,用来表示当前所用数据库.当我们想切换数据库时,只需修改这个指针即可.下面是它的数据结构代码
struct redisServer{  
    ...  
    redisDb *db;  //redisDb数组,表示服务器中所有的数据库
    int dbnum;  //数组大小,默认为16
    ...  
}; 

typedef struct redisClient{  
    ...  
    redisDb *db;  //客户端当前所选数据库
    ...  
}redisClient;

typedef struct redisDb { 
    int id;         // 数据库ID标识
    dict *dict;     // 数据库键空间，存放着所有的键值对              
    dict *expires;  // 键的过期时间                          
    dict *watched_keys; // 被watch命令监控的key和相应client    
    long long avg_ttl;  // 数据库内所有键的平均TTL（生存时间）     
} redisDb;

代码中有个dict,这个字典(键空间)存放了数据库所有的键值对,它的键是字符串对象,值可以使Redis的5中任意对象之一.下面给出一个它的实例图(redis设计与实现p94)

<img src="https://pic1.zhimg.com/v2-b370640d45373fb966e49f946b548908_b.png" data-rawwidth="608" data-rawheight="314" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="608" data-original="https://pic1.zhimg.com/v2-b370640d45373fb966e49f946b548908_r.png"> 关于键值对增删改查的基本操作,不再叙述,这里要说的是读取操作会引起服务器键空间命中次数(hit)和不命中次数(miss),以及LRU(最后一次访问时间)的更新,如果读取时发现某个键已过期,则删之

关于键值对增删改查的基本操作,不再叙述,这里要说的是读取操作会引起服务器键空间命中次数(hit)和不命中次数(miss),以及LRU(最后一次访问时间)的更新,如果读取时发现某个键已过期,则删之

当修改一个值时,如果有客户端使用watch监视了某个键,那么服务器在被监视键修改后,会将这个key标记为脏(dirty),每修改一次,dirty加1;此外,如果服务器开启了通知功能,修改值后,服务器还会按照配置发送相应的数据库通知

好的介绍完键空间后我们一起聊聊键的生存和过期时间,以及过期键删除策略

  • 设置键生存时间 EXPIRE key seconds, PEXPIRE key ms
  • 设置过期时间: EXPIREAT unix时间戳(s) , PEXPIREAT unix时间戳(ms)
<img src="https://pic3.zhimg.com/v2-c0d91c808f50ebccd517cb1d01e572c2_b.png" data-rawwidth="342" data-rawheight="208" class="content_image" width="342">

过期键删除策略

    • 定时删除:通过设置定时器,在过期时立即删除
    • 惰性删除:放任不管,但在获取键时发现过期,则删除
    • 定期删除:每隔一段时间,检查一次数据库,删除过期键

定时删除占用CPU,影响服务器响应时间和吞吐量;惰性删除太占用空间,可能发生内存泄露,定期删除是两者的中和,服务器需要根据情况,合理的设置删除操作的执行时长和执行频率. 
# 默认每次检查的数据库数量
DEFAULT_DB_NUMBERS = 16
# 默认每个数据库检查的键数量
DEFAULT_KEY_NUMBERS = 20
# 全局变量，记录检查进度
current_db = 0
def activeExpireCycle():
    #初始化要检查的数据库数量
    #如果服务榕的数据库数量比DEFAULT DB NUMBERS 要小
    #那么以服务器的数据库数量为准
    if server.dbnum < DEFAULT_DB_NUMBERS :
        db_numbers = server.dbnum
    else :
        db_numbers = DEFAULT_DB_NUMBERS
    #遍历各个数据库
    for i in range(db_numbers) :
        #如果current_db 的值等于服务榕的数据库数量
        #这表示检查程序已经遍历了服务榕的所有数据库一次
        #将current_db重置为0 ，开始新的一轮遍历
        if current_db == server.dbnum:
            current_db = 0

        # 获取当前要处理的数据库
        redisDB = server.db[current db)
        #将数据库索引增1 ，指向下一个要处理的数据库
        current_db += 1
        #检查数据库键
        for j in range(DEFAULT_KEY_NUMBERS):
            #如果数据库中没有一个键带有过期时间，那么跳过这个数据库
            if redisDB.expires.size () == 0: break
            # 随机获取一个带有过期时间的键
            key with_ttl = redisDb.expires.get_random_key ()
            #检查键是否过期，如果过期就删除它
            if is_expired (key with ttl):
                 delete_key (key_with_ttl )
            #已达到时间上限，停止处理
            if reach_time_limit(): return

activeExpireCycle 函数的工作模式可以总结如下:

  1. 函数每次运行时，都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机键进行检查， 并删除其中的过期键。
  2. 全局变量current db 会记录当前activeExpireCycle 函数检查的进度，并在下一次activeExpireCycle 函数调用时，接着上一次的进度进行处理。比如说，如果当前activeExpireCycle 函数在遍历10 号数据库时返回了，那么下次activeExpireCycle 函数执行时，将从11号数据库开始查找并删除过期键。
  3. 随着activeExpireCycle函数的不断执行，服务器中的所有数据库都会被检查一遍，这时函数将current_db变量重置为0,然后再次开始新一轮的检查工作

下面介绍下一些常见操作对过期键的处理(摘自redis设计与实现)
&amp;amp;amp;lt;img src="https://pic4.zhimg.com/v2-31d6a4bbc39ed0c866861678fdba0593_b.png" data-rawwidth="736" data-rawheight="256" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="736" data-original="https://pic4.zhimg.com/v2-31d6a4bbc39ed0c866861678fdba0593_r.png"&amp;amp;amp;gt;到了这里,我们基本了解了Redis数据库,如果喜欢我的文章,请继续阅读到了这里,我们基本了解了Redis数据库,如果喜欢我的文章,请继续阅读图解Redis之持久化篇
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