Redis设计与实现-7.数据库

Redis服务器将所有数据库都保存在服务器状态redis.h/redisServer结构的db数组中，db数组中每个项都是一个redis.h/redisDb结构，每个redisDb结构代表一个数据库，默认redis服务器会创建16个数据库。

数据库键空间

Redis是一个键值对数据库服务器，服务器中每个数据库都由一个redis.h/redisDb结构表示，其中，redisDb结构的dict字典保存了数据库中的所有键值对，我们将这个字典成为键空间。

• 键空间的键也就是数据库的键，每个键都是一个字符串。
• 键空间的值也就是数据库的值，每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序集合对象中的任意一种Redis对象。

添加键：添加一个新键值对到数据库，其实就是将一个新键值对添加到键空间的字典里面，其中键为字符串对象，而值则为任意一种类型的Redis对象。

删除键：删除数据库中的一个键，实际上就是在键空间里面删除键所对应的键值对对象。

更新键：对一个数据库键进行更新，实际上就是对键空间里面键所对应的值对象进行更新，根据值对象的类型不同，更新的具体方法也会不同。

读写键空间：

当使用redis命令对数据库进行读写时，服务器不仅会对键空间执行指定的读写操作，还会执行一些额外的维护操作：

• 在读取一个键之后（读操作和写操作都要对键进行读取），服务器会根据键是否存在来更新服务器的键空间命中（hit）次数或键空间不命中（miss）次数。
• 读取一个键之后，服务器会更新键的LRU（最后一次使用）时间，这个值可以计算键的闲置时间。
• 如果服务器在读取时发现键已经过期了，服务器会先删除这个键，然后在执行其他操作。
• 如果客户端使用WATCH命令监视某个键，那么服务器在对被监视的键进行修改后，会将这个键标记为脏（dirty），从而让事务程序注意到这个键已经被修改。
• 服务器每次修改一个键之后，都会对脏（dirty）键计数器的值增1，这个计数器会触发服务器的持久化以及复制操作。
• 如果服务器开启了数据库通知功能，那么在对键进行修改之后，服务器将按排脂发送相应的数据库通知。

数据库设置生存时间或者过期时间

Redis的客户端可以通过EXPIRE或者PEXPIRE命令设置某个键的生存时间。（精度可以是秒或者毫秒）经过指定的时间后，服务器就会自动删除程村时间为0的键

过期时间其实是一个UNIX时间戳，当键过期时间来临时，服务器就会自动从数据库中删除这个键。

设置过期时间

由于Redis设置的过期时间是一个Unix时间戳，所以无论使用哪种命令设置过期时间，结果都是一样的。

• EXPIRE：设置key的生存时间为t秒
• PEXPIRE：设置key的生存时间为t毫秒
• EXPIREAT：设置key的过期时间为timestamp所指定的秒数时间戳
• PEXPIREAT：设置key的过期时间为timestamp所指定的毫秒数时间戳

使用过程都是将其他命令转换成PEXPIREAT命令进行设置过期毫秒级别时间戳。

保存过期时间

redisDb结构的expires字典保存了数据库中所有键的过期水岸，我们称这个字典为过期字典：

• 过期字典的键是一个指针，这个指针指向键空间的某个键对象
• 过期字典的值是一个long类型的整数，这个整数保存了键所指向的数据库键的过期时间，一个毫秒级别的UNIX时间戳。

一个键的过期时间可以通过PERSIST命令移除。也可以通过TTL命令以秒为单位返回键的剩余生存时间，而PTTL命令则返回的是毫秒级别的剩余生存时间。

过期键的判定

通过过期字典，程序可以用以下步骤检查给定一个键是否过期：

1. 检查给定键是否存在于过期字典里，如果存在，那么取得键的过期时间
2. 检查当前时间戳是否大于键的过期时间，如果是的话，那说明键已经过期，否则键未过期

过期键删除策略

• 定时删除：在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器，将定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作。
• 惰性删除：放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期就删除，如果没过期就返回该键。
• 定期删除：每隔一段时间，程序对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。至于要删除多少过期键，以及要检查多少个数据库，由算法决定

定时删除

最友好的策略，通过定时器删除可以保证过期键会尽可能快的被删除，释放过期键所占的内存。缺点是对CPU的水岸不是最友好的，如果过期键比较多，删除的定时器就会一直占用CPU线程。

惰性删除

惰性删除对CPU时间是最友好的，但是对内存不友好，如果一个键过期，但是没有获取过，那么就会一直留在内存中无法释放。

定期删除

定期删除是前两种删除策略的折中：

• 定期删除策略没隔一段时间执行一次删除过期键操作，并通过闲置删除操作执行的市场和频率来减少操作对CPU时间的影响。
• 通过定期删除，有效的减少了因为过期键而打来的内存浪费。

AOF和RDB和复制功能对于过期键的处理

生成RDB

在执行BGSAVE或者SAVE命令的时候创建一个新的RDB文件，程序会对数据库汇总的键进行检查，已经过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中。

载入RDB

• 如果服务器以主服务器模式运行，那么载入RDB文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，过期的键不会载入数据库中
• 如果服务器以从服务器模式运行，那么载入RDB文件时，程序将所有键载入数据库中，在进行主从数据同步的时候，会将过期键删除。

AOF文件写入

当服务器以AOF持久化模式运行时，如果数据库中的某个键已经过期，但它还没有被删除，那么AOF文件不会因为这个过期键而产生任何影响。当过期键被删除的时候，程序会向AOF文件追加一条DEL命令，来显示记录这条记录已经被删除。

AOF重写

在执行AOF重写的过程中，程序会对数据库的键进行检查，以过期的键不会被保存到重写后的AOF文件中。

复制

当服务器运行在复制模式下，从服务器的过期键删除由主服务器控制。