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作者:互联网

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:

数据库的实现

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。

数据库读写操作

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:

键的过期实现

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:

  1. 在 字典 expires 中 key 是否存在。

  2. 如果 key 存在,value 的时间戳是否小于当前系统时间戳。

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:

  1. 定时删除,Redis定时的删除内存里面所有过期的键值对,这样能够保证内存友好,过期的key都会被删除,但是如果key的数量很多,一次删除需要CPU运算,CPU不友好。

  2. 惰性删除,只有 key 在被调用的时候才去检查键值对是否过期,但是会造成内存中存储大量的过期键值对,内存不友好,但是极大的减轻CPU 的负担。

  3. 定时部分删除,Redis定时扫描过期键,但是只删除部分,至于删除多少键,根据当前 Redis 的状态决定。

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. */

步骤比较复杂,总结一下:(这里都是以默认配置描述)

  1. redis 会用最多 25% 的 cpu 时间处理键的过期。

  2. 遍历所有的 redisDb

  3. 在每个 redisDb 中如果数据中没有过期键或者过期键比例过低就直接进入下一个 redisDb。

  4. 否则,遍历 redisDb 中的过期键,如果删除的键达到有过期时间的的key 的25% ,或者操作时间大于 cpu 时间的 25% 就结束当前循环,进入下一个redisDb。

后记

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。

最后

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标签:web,删除,过期,Redis,开发技术,dict,key,redisDb,前端开发
来源: https://blog.csdn.net/m0_60144796/article/details/119056944