Redis 設計與實現：資料庫

小新是也發表於2020-12-25
Redis資料庫

本文的分析都是基於 Redis 6.0 版本原始碼
redis 6.0 原始碼：https://github.com/redis/redis/tree/6.0

伺服器中的資料庫

Redis 伺服器將絕大部分的資訊都儲存在 server.h/redisServer。redis 的資料是儲存在 redisServer 中的 redisDb 結構中。

struct redisServer {
    // ...
    redisDb *db; // 資料庫列表
    // ...
    int dbnum;   // 資料庫數量
    // ...
}
  • db 中每個redisDb結構代表一個資料庫。
  • 在初始化伺服器時，程式會根據伺服器狀態的 dbnum 屬性來決定應該建立多少個資料庫。
  • dbnum 屬性的值由伺服器配置的 database 選項決定，預設情況下，該選項的值為16，所以Redis伺服器預設會建立16個資料庫。

資料庫鍵空間

Redis 是一個鍵值對資料庫伺服器，伺服器中的每個資料庫都由一個 server.h/redisDb 結構表示.
其中，redisDb 的 dict 字典屬性儲存了資料庫中的所有鍵值對，我們將這個字典稱為鍵空間（key space）：

typedef struct redisDb {
    dict *dict; 
    // ...
} redisDb;

dict 中的資料跟我們平常操作的鍵值對是一一對應的：

  • dict 的 key 就是資料庫中的 key，字串型別
  • dict 的 值 就是資料庫中的 值，這個值可以是 string、hash、zset、set、list 中的任何一種

示例

如果我們在資料庫中，執行以下命令：

redis > SET str_key str_value
OK
redis > RPUSH list_key a b c
(integer) 3

新新增的兩個 key 的結構如下圖所示：

RedisDb 結構示例

從上面的示例圖可以很清晰地知道 Redis 資料是如何組織的，增刪改查也就是對 dict 的操作而已，此處就不詳細說了。

Key 的過期時間

1. 資料結構

redisDb 中的 expires 屬性儲存了所有 key 的過期時間，我們姑且就稱它為過期字典吧。

  • 過期字典中的鍵，是一個指標，指向了真實資料的 key，不會浪費空間多儲存一次
  • 過期字典中的值，存的是具體的過期時間點，精確到毫秒的時間戳
typedef struct redisDb {
    // ...
    // 儲存了所有 key 的過期時間
    dict *expires; 
    // ...
} redisDb;

命令TTL、PTTL 都是去查這個過期字典的過期時間，然後減去當前時間，得到的就是剩餘的時間啦。

2. 過期 key 的刪除策略

一個 key 過期時間到了之後，是如何進行刪除的呢？Redis 使用了一下兩種策略：惰性刪除、定期刪除

惰性刪除

惰性刪除策略指的是：key 在過期之後，沒有立即刪除，而是在讀寫 key 的時候，才對過期的 key 進行刪除。
程式碼實現在 db.c/expireIfNeeded 方法中。所有 key 的讀寫之前，都會先呼叫 expireIfNeeded 對 key 進行檢查，如果已過期，則刪除。

定期刪除

定期刪除策略指的是：Redis 每隔一段時間，隨機從資料庫中取出一定量的 key 進行檢查，如果已過期，則進行刪除。
程式碼實現在 expire.c/activeExpireCycle 方法中。

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