前言
只有光頭才能變強
今天繼續來學習Redis，上一篇從零單排學Redis【青銅】已經將Redis常用的資料結構過了一遍了。如果還沒看的同學可以先去看一遍再回來~
這篇主要講的內容有：
- Redis伺服器的資料庫
- Redis對過期鍵的處理
- Redis持久化策略(RDB和AOF)
本文力求簡單講清每個知識點，希望大家看完能有所收穫
一、Redis伺服器中的資料庫
我們應該都用過MySQL，MySQL我們可以在裡邊建立好幾個庫：
同樣地，Redis伺服器中也有資料庫這麼一個概念。如果不指定具體的數量，預設會有16個資料庫。
上面的命令我們也可以發現：當切換到15號資料庫，存進15號庫的資料，再切換到0號資料庫時，是獲取不到的！
- 這說明，資料庫與資料庫之間的資料是隔離的。
1.1Redis資料庫的原理
Redis伺服器用redisServer結構體來表示，其中redisDb是一個陣列，用來儲存所有的資料庫，dbnum代表資料庫的數量(這個可以配置，預設是16)
struct redisServer{
//redisDb陣列,表示伺服器中所有的資料庫
redisDb *db;
//伺服器中資料庫的數量
int dbnum;
};
複製程式碼我們知道Redis是C/S結構，Redis客戶端通過redisClient結構體來表示：
typedef struct redisClient{
//客戶端當前所選資料庫
redisDb *db;
}redisClient;
複製程式碼Redis客戶端連線Redis服務端時的示例圖：
Redis中對每個資料庫用redisDb結構體來表示：
typedef struct redisDb {
int id; // 資料庫ID標識
dict *dict; // 鍵空間，存放著所有的鍵值對
dict *expires; // 過期雜湊表，儲存著鍵的過期時間
dict *watched_keys; // 被watch命令監控的key和相應client
long long avg_ttl; // 資料庫內所有鍵的平均TTL（生存時間）
} redisDb;
複製程式碼從程式碼上我們可以發現最重要的應該是dict *dict，它用來存放著所有的鍵值對。對於dict資料結構(雜湊表)我們在上一篇也已經詳細說了。一般我們將儲存所有鍵值對的dict稱為鍵空間。
鍵空間示意圖：
Redis的資料庫就是使用字典(雜湊表)來作為底層實現的，對資料庫的增刪改查都是構建在字典(雜湊表)的操作之上的。
例如：
redis > GET message
"hello world"
複製程式碼
1.2鍵的過期時間
Redis是基於記憶體，記憶體是比較昂貴的，容量肯定比不上硬碟的。就我們現在一臺普通的機子，可能就8G記憶體，但硬碟隨隨便便都1T了。
因為我們的記憶體是有限的。所以我們會幹掉不常用的資料，保留常用的資料。這就需要我們設定一下鍵的過期(生存)時間了。
- 設定鍵的生存時間可以通過
EXPIRE或者PEXPIRE命令。 - 設定鍵的過期時間可以通過
EXPIREAT或者PEXPIREAT命令。
其實EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT這三個命令都是通過PEXPIREAT命令來實現的。
我們在redisDb結構體中還發現了dict *expires;屬性，存放所有鍵過期的時間。
舉個例子基本就可以理解了：
redis > PEXPIREAT message 1391234400000
(integer) 1
複製程式碼設定了message鍵的過期時間為1391234400000
既然有設定過期(生存)時間的命令，那肯定也有移除過期時間，檢視剩餘生存時間的命令了：
- PERSIST(移除過期時間)
- TTL(Time To Live)返回剩餘生存時間，以秒為單位
- PTTL以毫秒為單位返回鍵的剩餘生存時間
1.2.1過期策略
上面我們已經能夠了解到：過期鍵是儲存在雜湊表中了。那這些過期鍵到了過期的時間，就會立馬被刪除掉嗎？？
要回答上面的問題，需要我們瞭解一下刪除策略的知識，刪除策略可分為三種
- 定時刪除(對記憶體友好，對CPU不友好)
- 到時間點上就把所有過期的鍵刪除了。
- 惰性刪除(對CPU極度友好，對記憶體極度不友好)
- 每次從鍵空間取鍵的時候，判斷一下該鍵是否過期了，如果過期了就刪除。
- 定期刪除(折中)
- 每隔一段時間去刪除過期鍵，限制刪除的執行時長和頻率。
Redis採用的是惰性刪除+定期刪除兩種策略，所以說，在Redis裡邊如果過期鍵到了過期的時間了，未必被立馬刪除的！
1.2.2記憶體淘汰機制
如果定期刪除漏掉了很多過期key，也沒及時去查(沒走惰性刪除)，大量過期key堆積在記憶體裡，導致redis記憶體塊耗盡了，咋整？
我們可以設定記憶體最大使用量，當記憶體使用量超出時，會施行資料淘汰策略。
Redis的記憶體淘汰機制有以下幾種：
一般場景：
使用 Redis 快取資料時，為了提高快取命中率，需要保證快取資料都是熱點資料。可以將記憶體最大使用量設定為熱點資料佔用的記憶體量，然後啟用allkeys-lru淘汰策略，將最近最少使用的資料淘汰
二、Redis持久化
Redis是基於記憶體的，如果不想辦法將資料儲存在硬碟上，一旦Redis重啟(退出/故障)，記憶體的資料將會全部丟失。
- 我們肯定不想Redis裡頭的資料由於某些故障全部丟失(導致所有請求都走MySQL)，即便發生了故障也希望可以將Redis原有的資料恢復過來，這就是持久化的作用。
Redis提供了兩種不同的持久化方法來講資料儲存到硬碟裡邊：
- RDB(基於快照)，將某一時刻的所有資料儲存到一個RDB檔案中。
- AOF(append-only-file)，當Redis伺服器執行寫命令的時候，將執行的寫命令儲存到AOF檔案中。
2.1RDB(快照持久化)
RDB持久化可以手動執行，也可以根據伺服器配置定期執行。RDB持久化所生成的RDB檔案是一個經過壓縮的二進位制檔案，Redis可以通過這個檔案還原資料庫的資料。
有兩個命令可以生成RDB檔案：
SAVE會阻塞Redis伺服器程式，伺服器不能接收任何請求，直到RDB檔案建立完畢為止。BGSAVE建立出一個子程式，由子程式來負責建立RDB檔案，伺服器程式可以繼續接收請求。
Redis伺服器在啟動的時候，如果發現有RDB檔案，就會自動載入RDB檔案(不需要人工干預)
- 伺服器在載入RDB檔案期間，會處於阻塞狀態，直到載入工作完成。
除了手動呼叫SAVE或者BGSAVE命令生成RDB檔案之外，我們可以使用配置的方式來定期執行：
在預設的配置下，如果以下的條件被觸發，就會執行BGSAVE命令
save 900 1 #在900秒(15分鐘)之後，至少有1個key發生變化，
save 300 10 #在300秒(5分鐘)之後，至少有10個key發生變化
save 60 10000 #在60秒(1分鐘)之後，至少有10000個key發生變化
複製程式碼原理大概就是這樣子的(結合上面的配置來看)：
struct redisServer{
// 修改計數器
long long dirty;
// 上一次執行儲存的時間
time_t lastsave;
// 引數的配置
struct saveparam *saveparams;
};
複製程式碼遍歷引數陣列，判斷修改次數和時間是否符合，如果符合則呼叫besave()來生成RDB檔案
總結：通過手動呼叫SAVE或者BGSAVE命令或者配置條件觸發，將資料庫某一時刻的資料快照，生成RDB檔案實現持久化。
2.2AOF(檔案追加)
上面已經介紹了RDB持久化是通過將某一時刻資料庫的資料“快照”來實現的，下面我們來看看AOF是怎麼實現的。
- AOF是通過儲存Redis伺服器所執行的寫命令來記錄資料庫的資料的。
比如說我們對空白的資料庫執行以下寫命令：
redis> SET meg "hello"
OK
redis> SADD fruits "apple" "banana" "cherry"
(integer) 3
redis> RPUSH numbers 128 256 512
(integer) 3
複製程式碼Redis會產生以下內容的AOF檔案：
這些都是以Redis的命令請求協議格式儲存的。Redis協議規範(RESP)參考資料：
AOF持久化功能的實現可以分為3個步驟：
- 命令追加：命令寫入aof_buf緩衝區
- 檔案寫入：呼叫flushAppendOnlyFile函式，考慮是否要將aof_buf緩衝區寫入AOF檔案中
- 檔案同步：考慮是否將記憶體緩衝區的資料真正寫入到硬碟
flushAppendOnlyFile函式的行為由伺服器配置的appendfsyn選項來決定的：
appendfsync always # 每次有資料修改發生時都會寫入AOF檔案。
appendfsync everysec # 每秒鐘同步一次，該策略為AOF的預設策略。
appendfsync no # 從不同步。高效但是資料不會被持久化。
複製程式碼從字面上應該就更好理解了，這裡我就不細說了...
下面來看一下AOF是如何載入與資料還原的：
- 建立一個偽客戶端(本地)來執行AOF的命令，直到AOF命令被全部執行完畢。
2.2.1AOF重寫
從前面的示例看出，我們寫了三條命令，AOF檔案就儲存了三條命令。如果我們的命令是這樣子的：
redis > RPUSH list "Java" "3y"
(integer)2
redis > RPUSH list "Java3y"
integer(3)
redis > RPUSH list "yyy"
integer(4)
複製程式碼同樣地，AOF也會儲存3條命令。我們會發現一個問題：上面的命令是可以合併起來成為1條命令的，並不需要3條。這樣就可以讓AOF檔案的體積變得更小。
AOF重寫由Redis自行觸發(引數配置)，也可以用BGREWRITEAOF命令手動觸發重寫操作。
- 要值得說明的是：AOF重寫不需要對現有的AOF檔案進行任何的讀取、分析。AOF重寫是通過讀取伺服器當前資料庫的資料來實現的！
比如說現在有一個Redis資料庫的資料如下：
新的AOF檔案的命令如下，沒有一條是多餘的！
2.2.2AOF後臺重寫
Redis將AOF重寫程式放到子程式裡執行(BGREWRITEAOF命令)，像BGSAVE命令一樣fork出一個子程式來完成重寫AOF的操作，從而不會影響到主程式。
AOF後臺重寫是不會阻塞主程式接收請求的，新的寫命令請求可能會導致當前資料庫和重寫後的AOF檔案的資料不一致！
為了解決資料不一致的問題，Redis伺服器設定了一個AOF重寫緩衝區，這個快取區會在伺服器建立出子程式之後使用。
2.3RDB和AOF對過期鍵的策略
RDB持久化對過期鍵的策略：
- 執行
SAVE或者BGSAVE命令建立出的RDB檔案，程式會對資料庫中的過期鍵檢查，已過期的鍵不會儲存在RDB檔案中。 - 載入RDB檔案時，程式同樣會對RDB檔案中的鍵進行檢查，過期的鍵會被忽略。
RDB持久化對過期鍵的策略：
- 如果資料庫的鍵已過期，但還沒被惰性/定期刪除，AOF檔案不會因為這個過期鍵產生任何影響(也就說會保留)，當過期的鍵被刪除了以後，會追加一條DEL命令來顯示記錄該鍵被刪除了
- 重寫AOF檔案時，程式會對RDB檔案中的鍵進行檢查，過期的鍵會被忽略。
複製模式：
- 主伺服器來控制從伺服器統一刪除過期鍵(保證主從伺服器資料的一致性)
2.4RDB和AOF用哪個？
RDB和AOF並不互斥，它倆可以同時使用。
- RDB的優點：載入時恢復資料快、檔案體積小。
- RDB的缺點：會一定程度上丟失資料(因為系統一旦在定時持久化之前出現當機現象，此前沒有來得及寫入磁碟的資料都將丟失。)
- AOF的優點：丟失資料少(預設配置只丟失一秒的資料)。
- AOF的缺點：恢復資料相對較慢，檔案體積大
如果Redis伺服器同時開啟了RDB和AOF持久化，伺服器會優先使用AOF檔案來還原資料(因為AOF更新頻率比RDB更新頻率要高，還原的資料更完善)
可能涉及到RDB和AOF的配置：
redis持久化，兩種方式
1、rdb快照方式
2、aof日誌方式
----------rdb快照------------
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
stop-writes-on-bgsave-error yes
rdbcompression yes
rdbchecksum yes
dbfilename dump.rdb
dir /var/rdb/
-----------Aof的配置-----------
appendonly no # 是否開啟 aof日誌功能
appendfsync always #每一個命令都立即同步到aof，安全速度慢
appendfsync everysec
appendfsync no 寫入工作交給作業系統，由作業系統判斷緩衝區大小，統一寫入到aof 同步頻率低，速度快
no-appendfsync-on-rewrite yes 正在匯出rdb快照的時候不要寫aof
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb
./bin/redis-benchmark -n 20000
複製程式碼官網文件：
三、最後
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參考資料：
- 《Redis設計與實現》
- 《Redis實戰》
一個堅持原創的Java技術公眾號：Java3y，歡迎大家關注
3y所有的原創文章：
- 文章的目錄導航(腦圖+海量視訊資源)：github.com/ZhongFuChen…