Redis 设计与实现 1:数据库 redisDb

服务器中的数据库

Redis 服务器将绝大部分的信息都保存在 server.h/redisServer。redis 的数据是保存在 redisServer 中的 redisDb 结构中。

struct redisServer {
    // ...
    redisDb *db; // 数据库列表
    // ...
    int dbnum;   // 数据库数量
    // ...
}
  • db 中每个redisDb结构代表一个数据库。
  • 在初始化服务器时,程序会根据服务器状态的 dbnum 属性来决定应该创建多少个数据库。
  • dbnum 属性的值由服务器配置的 database 选项决定,默认情况下,该选项的值为16,所以Redis服务器默认会创建16个数据库。

Redis 设计与实现 1:数据库 redisDb

数据库键空间

Redis 是一个键值对数据库服务器,服务器中的每个数据库都由一个 server.h/redisDb 结构表示.
其中,redisDbdict 字典属性保存了数据库中的所有键值对,我们将这个字典称为键空间(key space):

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

dict 中的数据跟我们平常操作的键值对是一一对应的:

  • dict 的 key 就是数据库中的 key,字符串类型
  • dict 的 值 就是数据库中的 值,这个值可以是 stringhashzsetsetlist 中的任何一种

示例

如果我们在数据库中,执行以下命令:

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

新添加的两个 key 的结构如下图所示:

Redis 设计与实现 1:数据库 redisDb

从上面的示例图可以很清晰地知道 Redis 数据是如何组织的,增删改查也就是对 dict 的操作而已,此处就不详细说了。

Key 的过期时间

1. 数据结构

redisDb 中的 expires 属性保存了所有 key 的过期时间,我们姑且就称它为过期字典吧。

  • 过期字典中的键,是一个指针,指向了真实数据的 key,不会浪费空间多保存一次
  • 过期字典中的值,存的是具体的过期时间点,精确到毫秒的时间戳
typedef struct redisDb {
    // ...
    // 保存了所有 key 的过期时间
    dict *expires; 
    // ...
} redisDb;

命令TTLPTTL 都是去查这个过期字典的过期时间,然后减去当前时间,得到的就是剩余的时间啦。

2. 过期 key 的删除策略

一个 key 过期时间到了之后,是如何进行删除的呢?Redis 使用了一下两种策略:惰性删除、定期删除

惰性删除

惰性删除策略指的是:key 在过期之后,没有立即删除,而是在读写 key 的时候,才对过期的 key 进行删除。
代码实现在 db.c/expireIfNeeded 方法中。所有 key 的读写之前,都会先调用 expireIfNeeded 对 key 进行检查,如果已过期,则删除。

定期删除

定期删除策略指的是:Redis 每隔一段时间,随机从数据库中取出一定量的 key 进行检查,如果已过期,则进行删除。
代码实现在 expire.c/activeExpireCycle 方法中。

本文的分析没有特殊说明都是基于 Redis 6.0 版本源码
redis 6.0 源码:https://github.com/redis/redis/tree/6.0

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