Redis源码解析数据库redisDb

[Redis 源码解析 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。

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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。


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，redisDb 的 dict 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）：

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/* Redis database representation. There are multiple databases identified
 * by integers from 0 (the default database) up to the max configured
 * database. The database number is the 'id' field in the structure. */
//Redis数据库结构，通过ID来识别多个数据库
typedef struct redisDb {
    // 当前数据口的所有键值对空间
    dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
    // 存放已设置exptime的key的集合
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    ....
    ....
    // 数据库id
    int id;                     /* Database ID */
    // 数据库的平均TTL
    long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
    unsigned long expires_cursor; /* Cursor of the active expire cycle. */
    list *defrag_later;         /* List of key names to attempt to defrag one by one, gradually. */
    clusterSlotToKeyMapping *slots_to_keys; /* Array of slots to keys. Only used in cluster mode (db 0). */
} 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 string、hash、zset、set、list 中的任何一种

示例

如果我们在数据库中，执行以下命令：

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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：


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

Key 的过期时间

1. 数据结构

redisDb 中的 expires 属性保存了存放已设置exptime的key的集合的过期时间，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

代码语言：javascript复制

/* Redis database representation. There are multiple databases identified
 * by integers from 0 (the default database) up to the max configured
 * database. The database number is the 'id' field in the structure. */
//Redis数据库结构，通过ID来识别多个数据库
typedef struct redisDb {
    // 当前数据口的所有键值对空间
    dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
    // 存放已设置exptime的key的集合
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    ....
    ....
    // 数据库id
    int id;                     /* Database ID */
    // 数据库的平均TTL
    long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
    unsigned long expires_cursor; /* Cursor of the active expire cycle. */
    list *defrag_later;         /* List of key names to attempt to defrag one by one, gradually. */
    clusterSlotToKeyMapping *slots_to_keys; /* Array of slots to keys. Only used in cluster mode (db 0). */
} redisDb;

命令TTL、PTTL 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。

那么expires中entry的key和value代表什么？

• key：某个键对象
• value：long long类型的整数，表示key的过期时间


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。

`

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int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key, int flags) {
    if (server.lazy_expire_disabled) return 0;
    //看key是否过期了
    if (!keyIsExpired(db,key)) return 0;
    ...
    deleteExpiredKeyAndPropagate(db,key);
    ...
    return 1;
}

int keyIsExpired(redisDb *db, robj *key) {
    /* Don't expire anything while loading. It will be done later. */
    if (server.loading) return 0;
    
    //获取key对应的过期时间，存储的是时间戳
    mstime_t when = getExpire(db,key);
    mstime_t now;

    if (when < 0) return 0; /* No expire for this key */

    //获取系统的当前时间，时间戳，是毫秒级的long类型数据
    now = commandTimeSnapshot();

    /* The key expired if the current (virtual or real) time is greater
     * than the expire time of the key. */
    //如果过了过期时间点
    return now > when;
}

`

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。

删除的步骤：

1. 从过期字典中随机 20 个 key
2. 删除这 20 个 key 中已经过期的 key
3. 如果过期的 key 比率超过 1/4，那就重复步骤 1

为什么只是随机挑 一些 key 呢？因为如果把所有 key 都遍历一遍，那这个性能肯定是不能接受的！

总结

redis中所有key都存储在redisDB的dict字典中，增删改查也就是对 dict 的操作而已，而对于设置了expire过期时间的key来说，在expire字段(字典类型)中也存储了该字段，value是过期时间(时间戳类型)。

过期key的删除时惰性删除结合定期删除，在操作redis key时，会先判断该key是否已过期，如果过期了则进行删除。

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