Redis的數(shù)據(jù)庫使用字典作為底層實現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫的增、刪、查、改都是構(gòu)建在字典的操作之上的。 redis服務(wù)器將所有數(shù)據(jù)庫都保存在服務(wù)器狀態(tài)結(jié)構(gòu)redisServer(redis.h/redisServer)的db數(shù)組（應(yīng)該是一個鏈表）里：
struct redisServer { //.. // 數(shù)據(jù)庫數(shù)組，保存著服務(wù)器中所有的數(shù)據(jù)庫 redisDb *db; //..}在初始化服務(wù)器時，程序會根據(jù)服務(wù)器狀態(tài)的dbnum屬性來決定應(yīng)該創(chuàng)建多少個數(shù)據(jù)庫：
struct redisServer { // .. //服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫的數(shù)量 int dbnum; //..}dbnum屬性的值是由服務(wù)器配置的database選項決定的，默認值為16；
每個Redis客戶端都有自己的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，每當(dāng)客戶端執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的讀寫命令時，目標(biāo)數(shù)據(jù)庫就會成為這些命令的操作對象。
127.0.0.1:6379> set msg 'Hello world'OK127.0.0.1:6379> get msg"Hello world"127.0.0.1:6379> select 2OK127.0.0.1:6379[2]> get msg(nil)127.0.0.1:6379[2]>在服務(wù)器內(nèi)部，客戶端狀態(tài)redisClient結(jié)構(gòu)(redis.h/redisClient)的db屬性記錄了客戶端當(dāng)前的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，這個屬性是一個指向redisDb結(jié)構(gòu)(redis.h/redisDb)的指針：
typedef struct redisClient { //.. // 客戶端當(dāng)前正在使用的數(shù)據(jù)庫 redisDb *db; //..} redisClient;redisClient.db指針指向redisServer.db數(shù)組中的一個元素，而被指向的元素就是當(dāng)前客戶端的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。 我們就可以通過修改redisClient指針，讓他指向服務(wù)器中的不同數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)切換數(shù)據(jù)庫的功能–這就是select命令的實現(xiàn)原理。 實現(xiàn)代碼：
int selectDb(redisClient *c, int id) { // 確保 id 在正確范圍內(nèi) if (id < 0 || id >= server.dbnum) return REDIS_ERR; // 切換數(shù)據(jù)庫（更新指針） c->db = &server.db[id]; return REDIS_OK;}
上圖是一個RedisDb的示例，該數(shù)據(jù)庫存放有五個鍵值對，分別是sRedis，INums，hBooks，SortNum和sNums，它們各自都有自己的值對象，另外，其中有三個鍵設(shè)置了過期時間，當(dāng)前數(shù)據(jù)庫是服務(wù)器的第0號數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)在，我們就從源碼角度分析這個數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)： 我們知道，Redis是一個鍵值對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，服務(wù)器中的每一個數(shù)據(jù)庫都是一個redis.h/redisDb結(jié)構(gòu)，其中，結(jié)構(gòu)中的dict字典保存了數(shù)據(jù)庫中所有的鍵值對，我們就將這個字典成為鍵空間。 Redis數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)都是以鍵值對的形式存在，其充分利用了字典高效索引的特點。 a、鍵空間的鍵就是數(shù)據(jù)庫中的鍵，一般都是字符串對象； b、鍵空間的值就是數(shù)據(jù)庫中的值，可以是5種類型對象（字符串、列表、哈希、集合和有序集合）之一。 數(shù)據(jù)庫的鍵空間結(jié)構(gòu)分析完了，我們先看看數(shù)據(jù)庫的初始化。
在redis.c中，我們可以找到鍵空間的初始化操作：
//創(chuàng)建并初始化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) for (j = 0; j < server.dbnum; j++) { // 創(chuàng)建每個數(shù)據(jù)庫的鍵空間 server.db[j].dict = dictCreate(&dbDictType,NULL); // ... // 設(shè)定當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的編號 server.db[j].id = j;}初始化之后就是對鍵空間的操作了。
我先把一些常見的鍵空間操作函數(shù)列出來：
// 從數(shù)據(jù)庫中取出鍵key的值對象，若不存在就返回NULLrobj *lookupKey(redisDb *db, robj *key);/* 先刪除過期鍵，以讀操作的方式從數(shù)據(jù)庫中取出指定鍵對應(yīng)的值對象 * 并根據(jù)是否成功找到值，更新服務(wù)器的命中或不命中信息, * 如不存在則返回NULL，底層調(diào)用lookupKey函數(shù) */robj *lookupKeyRead(redisDb *db, robj *key);/* 先刪除過期鍵，以寫操作的方式從數(shù)據(jù)庫中取出指定鍵對應(yīng)的值對象 * 如不存在則返回NULL，底層調(diào)用lookupKey函數(shù)， * 不會更新服務(wù)器的命中或不命中信息 */robj *lookupKeyWrite(redisDb *db, robj *key);/* 先刪除過期鍵，以讀操作的方式從數(shù)據(jù)庫中取出指定鍵對應(yīng)的值對象 * 如不存在則返回NULL，底層調(diào)用lookupKeyRead函數(shù) * 此操作需要向客戶端回復(fù) */robj *lookupKeyReadOrReply(redisClient *c, robj *key, robj *reply);/* 先刪除過期鍵，以寫操作的方式從數(shù)據(jù)庫中取出指定鍵對應(yīng)的值對象 * 如不存在則返回NULL，底層調(diào)用lookupKeyWrite函數(shù) * 此操作需要向客戶端回復(fù) */robj *lookupKeyWriteOrReply(redisClient *c, robj *key, robj *reply);/* 添加元素到指定數(shù)據(jù)庫 */void dbAdd(redisDb *db, robj *key, robj *val);/* 重寫指定鍵的值 */void dbOverwrite(redisDb *db, robj *key, robj *val);/* 設(shè)定指定鍵的值 */void setKey(redisDb *db, robj *key, robj *val);/* 判斷指定鍵是否存在 */int dbExists(redisDb *db, robj *key);/* 隨機返回數(shù)據(jù)庫中的鍵 */robj *dbRandomKey(redisDb *db);/* 刪除指定鍵 */int dbDelete(redisDb *db, robj *key);/* 清空所有數(shù)據(jù)庫，返回鍵值對的個數(shù) */long long emptyDb(void(callback)(void*));下面我選取幾個比較典型的操作函數(shù)分析一下：
添加鍵值對使我們經(jīng)常使用到的函數(shù)，底層由dbAdd()函數(shù)實現(xiàn)，傳入的參數(shù)是待添加的數(shù)據(jù)庫，鍵對象和值對象，源碼如下：
void dbAdd(redisDb *db, robj *key, robj *val) { // 復(fù)制鍵名 sds copy = sdsdup(key->ptr); // 嘗試添加鍵值對 int retval = dictAdd(db->dict, copy, val); // 如果鍵已經(jīng)存在，那么停止 redisAssertWithInfo(NULL,key,retval == REDIS_OK); // 如果開啟了集群模式，那么將鍵保存到槽里面 if (server.cluster_enabled) slotToKeyAdd(key); }好了，關(guān)于鍵空間操作函數(shù)就分析到這，其他函數(shù)(在文件db.c中)大家可以自己去分析，有問題的話可以回帖，我們可以一起討論！
在前面我們說到，redisDb結(jié)構(gòu)中有一個expires指針（概況圖可以看上圖），該指針指向一個字典結(jié)構(gòu)，字典中保存了所有鍵的過期時間，該字典稱為過期字典。 過期字典的初始化：
// 創(chuàng)建并初始化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) for (j = 0; j < server.dbnum; j++) { // 創(chuàng)建每個數(shù)據(jù)庫的過期時間字典 server.db[j].expires = dictCreate(&keyptrDictType,NULL); // 設(shè)定當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的編號 server.db[j].id = j; // .. }a、過期字典的鍵是一個指針，指向鍵空間中的某一個鍵對象（就是某一個數(shù)據(jù)庫鍵）； b、過期字典的值是一個long long類型的整數(shù)，這個整數(shù)保存了鍵所指向的數(shù)據(jù)庫鍵的時間戳–一個毫秒精度的unix時間戳。 下面我們就來分析過期鍵的處理函數(shù)：
通過前面的介紹，大家應(yīng)該都知道數(shù)據(jù)庫鍵的過期時間都保存在過期字典里，那假如一個鍵過期了，那么這個過期鍵是什么時候被刪除的呢？現(xiàn)在來看看redis的過期鍵的刪除策略： a、定時刪除：在設(shè)置鍵的過期時間的同時，創(chuàng)建一個定時器，在定時結(jié)束的時候，將該鍵刪除； b、惰性刪除：放任鍵過期不管，在訪問該鍵的時候，判斷該鍵的過期時間是否已經(jīng)到了，如果過期時間已經(jīng)到了，就執(zhí)行刪除操作； c、定期刪除：每隔一段時間，對數(shù)據(jù)庫中的鍵進行一次遍歷，刪除過期的鍵。 其中定時刪除可以及時刪除數(shù)據(jù)庫中的過期鍵，并釋放過期鍵所占用的內(nèi)存，但是它為每一個設(shè)置了過期時間的鍵都開了一個定時器，使的cpu的負載變高，會對服務(wù)器的響應(yīng)時間和吞吐量造成影響。 惰性刪除有效的克服了定時刪除對CPU的影響，但是，如果一個過期鍵很長時間沒有被訪問到，且若存在大量這種過期鍵時，勢必會占用很大的內(nèi)存空間，導(dǎo)致內(nèi)存消耗過大。 定時刪除可以算是上述兩種策略的折中。設(shè)定一個定時器，每隔一段時間遍歷數(shù)據(jù)庫，刪除其中的過期鍵，有效的緩解了定時刪除對CPU的占用以及惰性刪除對內(nèi)存的占用。 在實際應(yīng)用中，Redis采用了惰性刪除和定時刪除兩種策略來對過期鍵進行處理，上面提到的lookupKeyWrite等函數(shù)中就利用到了惰性刪除策略，定時刪除策略則是在根據(jù)服務(wù)器的例行處理程序serverCron來執(zhí)行刪除操作，該程序每100ms調(diào)用一次。
源碼如下：
/* 檢查key是否已經(jīng)過期，如果是的話，將它從數(shù)據(jù)庫中刪除 * 并將刪除命令寫入AOF文件以及附屬節(jié)點(主從復(fù)制和AOF持久化相關(guān)) * 返回0代表該鍵還沒有過期，或者沒有設(shè)置過期時間 * 返回1代表該鍵因為過期而被刪除 */int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) { // 獲取該鍵的過期時間 mstime_t when = getExpire(db,key); mstime_t now; // 該鍵沒有設(shè)定過期時間 if (when < 0) return 0; // 服務(wù)器正在加載數(shù)據(jù)的時候，不要處理 if (server.loading) return 0; // lua腳本相關(guān) now = server.lua_caller ? server.lua_time_start : mstime(); // 主從復(fù)制相關(guān)，附屬節(jié)點不主動刪除key if (server.masterhost != NULL) return now > when; // 該鍵還沒有過期 if (now <= when) return 0; // 刪除過期鍵 server.stat_expiredkeys++; // 將刪除命令傳播到AOF文件和附屬節(jié)點 PRopagateExpire(db,key); // 發(fā)送鍵空間操作時間通知 notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, "expired",key,db->id); // 將該鍵從數(shù)據(jù)庫中刪除 return dbDelete(db,key);}過期鍵的定期刪除策略由redis.c/activeExpireCycle()函數(shù)實現(xiàn)，服務(wù)器周期性地操作redis.c/serverCron()（每隔100ms執(zhí)行一次）時，會調(diào)用activeExpireCycle()函數(shù)，分多次遍歷服務(wù)器中的各個數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫中的expires字典中隨機檢查一部分鍵的過期時間，并刪除其中的過期鍵。 刪除過期鍵的操作由activeExpireCycleTryExpire函數(shù)(activeExpireCycle()調(diào)用了該函數(shù))執(zhí)行，其源碼如下：
/* 檢查鍵的過期時間，如過期直接刪除*/int activeExpireCycleTryExpire(redisDb *db, dictEntry *de, long long now) { // 獲取過期時間 long long t = dictGetSignedIntegerVal(de); if (now > t) { // 執(zhí)行到此說明過期 // 創(chuàng)建該鍵的副本 sds key = dictGetKey(de); robj *keyobj = createStringObject(key,sdslen(key)); // 將刪除命令傳播到AOF和附屬節(jié)點 propagateExpire(db,keyobj); // 在數(shù)據(jù)庫中刪除該鍵 dbDelete(db,keyobj); // 發(fā)送事件通知 notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, "expired",keyobj,db->id); // 臨時鍵對象的引用計數(shù)減1 decrRefCount(keyobj); // 服務(wù)器的過期鍵計數(shù)加1 // 該參數(shù)影響每次處理的數(shù)據(jù)庫個數(shù) server.stat_expiredkeys++; return 1; } else { return 0; }}刪除過期鍵對AOF、RDB和主從復(fù)制都有影響，等到了介紹相關(guān)功能時再討論。 今天就先到這里~
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