之前的文章讲解了 Redis 的数据结构,这回就可以看看作为内存数据库,Redis 是怎么存储数据的以及键是怎么过期的。
阅读这篇文章你将会了解到:
我们先看代码 server.h/redisServer
struct redisServer{
...
//保存 db 的数组
redisDb *db;
//db 的数量
int dbnum;
...
}
再看redisDb的代码:
typedef struct redisDb {
dict *dict; /* The keyspace for this DB */
dict *expires; /* Timeout of keys with a timeout set */
dict *blocking_keys; /* Keys with clients waiting for data (BLPOP)*/
dict *ready_keys; /* Blocked keys that received a PUSH */
dict *watched_keys; /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
int id; /* Database ID */
long long avg_ttl; /* Average TTL, just for stats */
} redisDb;
总体来说redis的 server 包含若干个(默认16个) redisDb 数据库。
Redis 是一个 k-v 存储的键值对数据库。其中字典 dict 保存了数据库中的所有键值对,这个地方叫做 keyspace
直译过来就是“键空间”。
所以我们就可以这么认为,在 redisDb 中我们使用 dict(字典)来维护键空间。
所以对于数据的增删改查,就是对 keyspace 这个大 map 的增删改查。
当我们执行:
>redis SET mobile "13800000000"
实际上就是为 keyspace 增加了一个 key 是包含字符串“mobile”的字符串对象,value 为包含字符“13800000000”的字符串对象。
看图:
对于删改查,没啥好说的。类似java 的 map 操作,大多数程序员应该都能理解。
需要特别注意的是,再执行对键的读写操作的时候,Redis 还要做一些额外的维护动作:
Redis 作为缓存使用最主要的一个特性就是可以为键值对设置过期时间。就看看 Redis 是如果实现这一个最重要的特性的?
在 Redis 中与过期时间有关的命令
其实这些命令,底层的命令都是由 REXPIREAT 实现的。
在 redisDb 中使用了 dict *expires,来存储过期时间的。其中 key 指向了 keyspace 中的 key(c 语言中的指针), value 是一个 long long 类型的时间戳,标定这个 key 过期的时间点,单位是毫秒。
如果我们为上文的 mobile 增加一个过期时间。
>redis PEXPIREAT mobile 1521469812000
这个时候就会在过期的 字典中增加一个键值对。如下图:
对于过期的判断逻辑就很简单:
接下来就需要讨论一下过期的键的删除策略。
key的删除有三种策略:
这三种策略就是对时间和空间有不同的倾向。Redis为了平衡时间和空间,采用了后两种策略 惰性删除和定时部分删除。
惰性删除比较简单,不做过多介绍。主要讨论一下定时部分删除。
过期键的定时删除的策略由 expire.c/activeExpireCycle() 函数实现,server.c/serverCron() 定时的调用 activieExpireCycle()
。
activeExpireCycle 的大的操作原则是,如果过期的key比较少,则删除key的数量也比较保守,如果,过期的键多,删除key的策略就会很激进。
static unsigned int current_db = 0; /* Last DB tested. */
static int timelimit_exit = 0; /* Time limit hit in previous call? */
static long long last_fast_cycle = 0; /* When last fast cycle ran. */
static
全局参数分别记录目前遍历的 db下标,上一次删除是否是超时退出的,上一次快速操作是什么时候进行的。timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100;
可以理解为 25% 的 cpu 时间。步骤比较复杂,总结一下:(这里都是以默认配置描述)
这篇文章主要解释了 Redis 的数据库是怎么实现的,同时介绍了 Redis 处理过期键的逻辑。看 Redis 的代码越多越发现,实际上 Redis 一直在做的一件事情就是平衡,一直在平衡程序的空间和时间。其实平时的业务设计,就是在宏观上平衡,平衡宏观系统的时间和空间。所以,看源码是让我们从微观学习系统架构的良好途径,是架构师的成长的必经之路。