Redis数据库

一、Redis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数组的每个想都是一个redis.h/redisDb结构，每个redisDb结构代表一个数据库：

struct redisServer {
    //一个数组，保存着服务器中的所有数据库
    redisDb *db;
};

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数据库：

struct redisServer{
    //服务器的数据库数量
    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，所以Redis服务器默认认为创建16个数据库，如图所示：

如上图所示，redisServer结构代表Redis服务器，它有一个db数组，数组里装的元素是redisDB结构。

2、切换数据库

redisClient结构代表Redis客户端，它有一个db指针，该指针指向redisServer.db数组中的其中一个数据库。

typedef struct redisClient{
    //记录客户端当前正在使用的数据库
    redisDb *db
    
}redisClient;

切换数据库就是通过改变这个指针的指向实现的。——这就是SELECT命令的实现原理

3、数据库键空间

Redis是一个键值对（key-value pair）数据库服务器，服务器中的每个数据库都有一个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）:

typedef struct redisDb{
    //数据库键空间，保存数据库中所有键值对
    dict *dict;
}redisDb;

键空间和用户所见的数据库是直接对应的：

键空间的键也就是数据库的键，每个键都是一个字符串对象
键空间的值也就是数据库的值，每个值可以使任意一种Redis对象

因为数据库的键空间是一个字典，所以所有针对数据库的操作，比如添加一个键值对到数据库，或者从数据库中删除一个键值对，或者从数据库中获取某个键值对等，实际都是通过对键空间字典进行操作实现的。

当执行下列命令之后：

set message "hello world"
rpush alphabet "a" "b" "c"
hset book name "Redis in Action"
hset book auther "Josiah L. Carlson"
hset book publisher "Manning"
set message "hello world"

dict键空间的情况如下图所示：

读写键空间时的维护操作
当使用Redis命令对数据库进行读写时，服务器不仅对键空间执行指定的读写操作，还执行一些额外的维护操作，其中包括：

在读取一个键之后，服务器会根据键是否存在来更新服务器的键空间命中（hit）次数或者键空间不命中（miss）次数
在读取一个键后，服务器会更新键的LRU时间，这个值可以用于计算键的闲置时间，使用OBJECT idletime命令可以查看key的闲置空间
如果服务器在读取一个键时发现该键已经过期了，那么服务器会先删除这个过期键，然后才执行余下的其他操作。
如果客户端使用WATCH命令监视了某个键，那么服务器在对监视的键进行修改之后，会将这个键标示为脏（dirty），从而让事务程序注意到这个键已经被修改过。
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，服务器将按配置发送相应的数据库通知。

4、设置键的生存时间或过期时间

4.1、设置Redis键过期时间

　　Redis提供了四个命令来设置过期时间（生存时间）。

　　①、EXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 秒。

　　②、PEXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒。

　　③、EXPIREAT <key> <timestamp> ：表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的秒数时间戳。

　　④、PEXPIREAT <key> <timestamp> ：表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的毫秒数时间戳。

　　PS：在Redis内部实现中，前面三个设置过期时间的命令最后都会转换成最后一个PEXPIREAT 命令来完成。

　　另外补充两个知识点：

　　一、移除键的过期时间

　　PERSIST <key> ：表示将key的过期时间移除。

　　二、返回键的剩余生存时间

　　TTL <key> ：以秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

　　PTTL <key> ：以毫秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

4.2、Redis过期时间的判定

　　在Redis内部，每当我们设置一个键的过期时间时，Redis就会将该键带上过期时间存放到一个过期字典中。当我们查询一个键时，Redis便首先检查该键是否存在过期字典中，如果存在，那就获取其过期时间。然后将过期时间和当前系统时间进行比对，比系统时间大，那就没有过期；反之判定该键过期。

4.3、过期删除策略

　　通常删除某个key，我们有如下三种方式进行处理。

①、定时删除

　　在设置某个key 的过期时间同时，我们创建一个定时器，让定时器在该过期时间到来时，立即执行对其进行删除的操作。

　　优点：定时删除对内存是最友好的，能够保存内存的key一旦过期就能立即从内存中删除。

　　缺点：对CPU最不友好，在过期键比较多的时候，删除过期键会占用一部分 CPU 时间，对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。

②、惰性删除

　　设置该key 过期时间后，我们不去管它，当需要该key时，我们在检查其是否过期，如果过期，我们就删掉它，反之返回该key。

　　优点：对 CPU友好，我们只会在使用该键时才会进行过期检查，对于很多用不到的key不用浪费时间进行过期检查。

　　缺点：对内存不友好，如果一个键已经过期，但是一直没有使用，那么该键就会一直存在内存中，如果数据库中有很多这种使用不到的过期键，这些键便永远不会被删除，内存永远不会释放。从而造成内存泄漏。

③、定期删除

　　每隔一段时间，我们就对一些key进行检查，删除里面过期的key。

　　优点：可以通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对 CPU 的影响。另外定期删除，也能有效释放过期键占用的内存。

　　缺点：难以确定删除操作执行的时长和频率。

　　　　　如果执行的太频繁，定期删除策略变得和定时删除策略一样，对CPU不友好。

　　　　　如果执行的太少，那又和惰性删除一样了，过期键占用的内存不会及时得到释放。

　　　　　另外最重要的是，在获取某个键时，如果某个键的过期时间已经到了，但是还没执行定期删除，那么就会返回这个键的值，这是业务不能忍受的错误。

4.4、Redis过期删除策略

　　前面讨论了删除过期键的三种策略，发现单一使用某一策略都不能满足实际需求，聪明的你可能想到了，既然单一策略不能满足，那就组合来使用吧。

　　没错，Redis的过期删除策略就是：惰性删除和定期删除两种策略配合使用。通过这两种策略的配合，服务器可以很好地使用CPU时间和避免浪费内存空间之间取得平衡。

　　惰性删除：Redis的惰性删除策略由 db.c/expireIfNeeded 函数实现，所有键读写命令执行之前都会调用 expireIfNeeded 函数对其进行检查，如果过期，则删除该键，然后执行键不存在的操作；未过期则不作操作，继续执行原有的命令。

命令调用expireIfNeed函数的流程如下：

定期删除：由redis.c/activeExpireCycle 函数实现，函数以一定的频率运行，每次运行时，都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机键进行检查，并删除其中的过期键。

　　注意：并不是一次运行就检查所有的库，所有的键，而是随机检查一定数量的键。

　　定期删除函数的运行频率，在Redis2.6版本中，规定每秒运行10次，大概100ms运行一次。在Redis2.8版本后，可以通过修改配置文件redis.conf 的 hz 选项来调整这个次数。

　　看上面对这个参数的解释，建议不要将这个值设置超过 100，否则会对CPU造成比较大的压力。

　　我们看到，通过过期删除策略，对于某些永远使用不到的键，并且多次定期删除也没选定到并删除，那么这些键同样会一直驻留在内存中，又或者在Redis中存入了大量的键，这些操作可能会导致Redis内存不够用，这时候就需要Redis的内存淘汰策略了。

4.5、内存淘汰策略

①、设置Redis最大内存

　　在配置文件redis.conf 中，可以通过参数 maxmemory <bytes> 来设定最大内存：

　　不设定该参数默认是无限制的，但是通常会设定其为物理内存的四分之三。（这里有个疑惑：为啥作者不考虑将此参数设定为百分比呢？）

②、设置内存淘汰方式

　　当现有内存大于 maxmemory 时，便会触发redis主动淘汰内存方式，通过设置 maxmemory-policy ，有如下几种淘汰方式：

　　1）volatile-lru 利用LRU算法移除设置过过期时间的key (LRU:最近使用 Least Recently Used ) 。

　　2）allkeys-lru 利用LRU算法移除任何key （和上一个相比，删除的key包括设置过期时间和不设置过期时间的）。通常使用该方式。

　　3）volatile-random 移除设置过过期时间的随机key 。

　　4）allkeys-random 无差别的随机移除。

　　5）volatile-ttl 移除即将过期的key(minor TTL)

　　6）noeviction 不移除任何key，只是返回一个写错误，默认选项，一般不会选用。

　　在redis.conf 配置文件中，可以设置淘汰方式：

5、AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

5.1、RDB持久化对过期键的处理

save命令或者bgsave命令创建以新的RDB文件时，程序会对数据库中的键进行检查，过期的键不会保存到新创建的RDB文件中。

若服务器中包含三个键k1、k2、k3，并且k2过期了，那么当服务器启动时：
(1)若服务器以主服务器模式运行，那么程序只会将k1和k3载入到数据库，k2会被忽略。
(2)若服务器以从服务器模式运行，那么k1、k2、k3都会载入到数据库。

5.2、AOF持久化对过期键的处理

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，但它没有被惰性删除或者定期删除，那么AOF文件不会因为这个过期键产生任何影响。

5.3、复制

当服务器运行在复制模式下时，从服务器的过期键删除动作由主服务器控制：

主服务器在删除一个过期键之后，会显式地向所有从服务器发送一个DEL命令，告知从服务器删除这个过期键；
从服务器在执行客户端发送的读命令时，即使碰到过期键也不会将过期键删除，而是继续像处理未过期的键一样来处理过期键；
从服务器只有在接到主服务器发来的DEL命令之后，才会删除过期键。

举个例子，有一对主从服务器，它们的数据库中都保存着同样的三个键message、xxx和yyy，其中message为过期键，如图所示

如果这时有客户端向从服务器发送命令GET message，那么从服务器将发现message键已经过期，但从服务器并不会删除message键，而是继续将message键的值返回给客户端，就好像message键并没有过期一样。

假设在此之后，有客户端向主服务器发送命令GET message，那么主服务器将发现键message已经过期：主服务器会删除message键，向客户端返回空回复，并向从服务器发送DEL message命令，如图所示：

从服务器在接收到主服务器发来的DEL message命令之后，也会从数据库中删除message键，在这之后，主从服务器都不再保存过期键message了，如图所示：

5、数据库通知

数据库通知是Redis2.8版本新增加的功能,这个功能可以让客户端通过订阅给定的频道或者模式,来获知数据库中键的变化,以及数据库中命令的执行情况。
举个例子,以下代码展示了客户端如何获取0号数据库中针对message键执行的所有命令:

127.0.0.1:6379>SUBSCRIBE __keyspace@0__:message
Reading messages . . . (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"            //订阅信息
2) "_ _keyspace@0_:message"
3) (integer) 1
1) "message" //执行SET 命令
2) "_ _keyspace@0_: message"
3) "set"
1) "message" //执行EXPIE命令
2) " keyspace@0_:message"
3) "expire"
1) "message" //执行DEL 命令
2) "_ _keyspace@0_: message "
3) "de1"

根据发回的通知显示，先后共有SET、EXPlRE 、DEL 三个命令对键message进行了操作。

这一类关注"某个键执行了什么命令"的通知称为键空间通知(key-space-notification),除此之外，还有另一类称为键事件通知(key-event-notification)的通知,它们关注的是"某个命令被什么键执行了" 。
以下是一个键事件通知的例子，代码展示了客户端如何获取0 号数据库中所有执行DEL 命令的键:

127.0 . 0.1:6379> SUBSCRIBE_ _keyevent@0_ _:de1
Reading messages. . . (press Ctrl-C to quit)
1) "subcribe"                      //订阅信息
2) "_ _keyevent@0_ _:del"
3) (integer) 1

1) "message"                     //键key执行了DEL命令
2) "keyevent@0_ _:del"
3) "key"

1) "message"                     //键number执行了DEL命令
2) "_ _keyevent@0_ _:del"
3) "number"

1) "message"                     //键message执行了DEL命令
2) "keyevent@0_ _:del"
3) "message"

根据发回的通知显示,key、number、message三个键先后执行了DEL 命令。
服务器配置的notify-keyspace-events选项决定了服务器所发送通知的类型:

想让服务器发送所有类型的键空间通知和键事件通知，可以将选项的值设置为AKE。
想让服务器发送所有类型的键空间通知，可以将选项的值设置为AK。
想让服务器发送所有类型的键事件通知，可以将选项的值设置为AE。
想让服务器只发送和字符串键有关的键空间通知，可以将选项的值设置为K$。
想让服务器只发送和列表键有关的键事件通知，可以将选项的值设置为E1。

关于数据库通知功能的详细用法,以及notify-keyspace-events选项的更多设置,Redis 的官方文档已经做了很详细的介绍,这里不再赘述。

转自：

https://www.cnblogs.com/ysocean/p/12422635.html

https://blog.csdn.net/weixin_43809223/article/details/109254567

https://blog.csdn.net/sinat_37205087/article/details/90700600

https://blog.csdn.net/yangyang_01/article/details/80494171

http://t.zoukankan.com/lukexwang-p-4710333.html