Jovry's blog
0%

redis设计与实现-单机数据库的实现

Posted on Edited on In

1 服务器中的数据库

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数组的每个项都是一个redis.h/redisDb结构，每个redisDb结构代表了一个数据库。

1
2
3
4
5
6
7
8
struct redisServer {
    // ...
    // 一个数组，保存着服务器中的所有数据库.
    redisDb *db;
    // 总配置的数据库的数量.
    int dbnum;
    // ...
};

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。

2 切换数据库

默认情况下，Redis客户端的目标数据库为0号数据库，通过select命令可切换数据库。

示例：

1
2
# 切换到数据库2.
redis> select 2

其中redisClient结构中的db属性记录了当前客户端的目标数据库，该属性是一个指向redisDb结构的指针，redisClient.db指向redisServer.db数组的其中一个元素，被指向的元素即为目标数据库。

1
2
3
4
5
6
typedef struct redisClient {
    // ...
    // 记录客户端当前正在使用的数据库.
    redisDb *db;
    // ...
} redisClient;

下图为客户端的目标数据库为1号数据库。

客户端的目标数据库为1号数据库

问: SELECT命令的实现原理是什么？

通过修改redisClient.db指针，让它指向服务器中不同数据库，从而实现切换目标数据库的功能。

3 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，我们将这个字典称为键空间（key space）。

redis.h/redisDb结构:

1
2
3
4
5
6
typedef struct redisDb {
    // ...
    // 数据库键空间，保存着数据库中的所有键值对.
    dict *dict;
    // ...
}redisDb;

其中，

  • 键空间的键就是数据库的键，每个键都是一个字符串对象；
  • 键空间的值就是数据库的值，每个值都可以是字符串对象、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。

示例：下图为包含了列表键、哈希表键、字符串键的结构图

包含了列表键、哈希表键、字符串键的结构图

注：数据库的键空间是一个字典，所以所有针对数据库的操作，实际上都是通过对键空间字典进行操作来实现的。

  • 添加新键: 添加新键值对到数据库，实际上就是将一个新键值对添加到键空间字典里面，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额键值对对象。（键对象和值对象都要删除！）
  • 更新键: 更新数据库键，实际上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有所不同。
  • 对键取值: 取值，实际上就是在键空间中取出键所对应的值对象，根据值对象的类型不同，具体的取值方法也会有所不同。

3.1 其他键空间的操作

除了以上增删改查的操作，还有其他一些命令是通过对键空间进行处理来完成的。

比如说：

  • flushdb命令: 通过删除键空间中的所有键值对来实现的。
  • randomkey命令: 随机返回某个键，也是在键空间中随机返回的。
  • dbsize命令: 返回数据库键数量，通过返回键空间中包含的键值对的数量来完成。
  • exist、rename、keys等。

3.2 读写键空间时的维护操作

当时用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纵，还会执行一些额外的维护操作，比如：

  • ①、在读取一个键之后（读写操作都会对键进行读取），服务器会根据键是否存在来更新服务器的键空间命中（keyspace_hit）/未命中(keyspace_misses)的次数。通过以下命令可查看其属性。

    1
    INFO stats

  • ②、在读取一个键之后，服务器会更新键的LRU（最后一次使用）时间，这个值可以用于计算键的闲置时间，使用以下命令可查看键的闲置时间。

    1
    object idletime <key>

  • ③、若服务器在读取一个键时发现该键已过期，那么服务器会先删除这个过期键，然后执行余下的其他操作。

  • ④、若有客户端使用watch命令监视了这个键，那么服务器在对被监视的键进行修改之后，会标记这个键为脏（dirty），从而让事务成武注意到这个键已经被修改过。

  • ⑤、服务器每次修改一个键之后，都会对dity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。

  • ⑥、若服务器开启了数据库通知功能，那么在对键进行修改之后，服务器将按配置发送相应的数据通知。

4 数据库通知

数据库通知可以让客户端通过订阅给定频道或者模式，来获悉数据库中键的变化，以及数据中命令的执行情况。