redis源码分析（5）-- redis数据库

一、服务器中的数据库

Redis服务器将所有数据库信息保存在redis.h/redisServer, redisServer包含db数组，如下：

1 struct redisServer {
2 //...
3 redisDb *db;
4 //...
5 }；

每个Redis客户端都有自己的目标数据库，默认情况是db[0],客户端可以通过SELECT命令切换数据库。

例如，某个客户端使用SELECT 1命令切换到1号数据库，

每个redisDb的结构为：

 1 typedef struct redisDb {
 2     dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
 3     dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
 4     dict *blocking_keys;        /* Keys with clients waiting for data (BLPOP) */
 5     dict *ready_keys;           /* Blocked keys that received a PUSH */
 6     dict *watched_keys;         /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
 7     struct evictionPoolEntry *eviction_pool;    /* Eviction pool of keys */
 8     int id;                     /* Database ID */
 9     long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
10 } redisDb;

下面介绍各个部分作用。

二、数据库键空间

Redis是一个key-value数据库，redisDb中的dict字典元素存储了DB中的所有key-value pair，这个字典dict即为数据库的键空间。

键空间的键即为数据库的键，每个键是一个字符串对象

键空间的值即为数据库的值，每个值可以是字符串对象、hash对象、列表对象等。

一个典型的键空间如下：

2.1 数据库增删查改

1、增加键

直接调用SET <key> <value>。

2、删除键

调用DEL <key>

3、更新键

同样使用SET 命令，覆盖之前的value。

4 获取键内容

GET <key>

2.2 键的超时时间

通过EXPIRE <key> <ttl>可以设置键的生存时间，经过指定的秒数以后，服务器会自动删除超过生存时间的键。

redisDb中的expires字典保存数据库中所有键的过期时间，记为过期字典。

过期字典中的键是一个指针，指向键空间dict中的某个对象。

过期字典的值是一个long long类型的整数，保存过期字典键指向的数据库对象的过期时间。

过期删除策略包括：

定时删除
- 含义：在设置key的过期时间的同时，为该key创建一个定时器，让定时器在key的过期时间来临时，对key进行删除
- 优点：保证内存被尽快释放
- 缺点：
  - 若过期key很多，删除这些key会占用很多的CPU时间，在CPU时间紧张的情况下，CPU不能把所有的时间用来做要紧的事儿，还需要去花时间删除这些key
  - 定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的key创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重
  - 没人用
惰性删除
- 含义：key过期的时候不删除，每次从数据库获取key的时候去检查是否过期，若过期，则删除，返回null。
- 优点：删除操作只发生在从数据库取出key的时候发生，而且只删除当前key，所以对CPU时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的key了）
- 缺点：若大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）
定期删除
- 含义：每隔一段时间执行一次删除过期key操作
- 优点：
  - 通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对CPU时间的占用--处理"定时删除"的缺点
  - 定期删除过期key--处理"惰性删除"的缺点
- 缺点
  - 在内存友好方面，不如"定时删除"
  - 在CPU时间友好方面，不如"惰性删除"
- 难点
  - 合理设置删除操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间做一次删除）（这个要根据服务器运行情况来定了）

、Redis采用的过期策略

惰性删除+定期删除

惰性删除流程（实现在db.c/expireIfNeed）
- 在进行get或setnx等操作时，先检查key是否过期，
- 若过期，删除key，然后执行相应操作；
- 若没过期，直接执行相应操作
定期删除流程（简单而言，对指定个数个库的每一个库随机删除小于等于指定个数个过期key，实现在redis.c/activeExpireCycle）
- 遍历每个数据库（就是redis.conf中配置的"database"数量，默认为16）
  - 检查当前库中的指定个数个key（默认是每个库检查20个key，注意相当于该循环执行20次，循环体时下边的描述）
    - 如果当前库中没有一个key设置了过期时间，直接执行下一个库的遍历
    - 随机获取一个设置了过期时间的key，检查该key是否过期，如果过期，删除key
    - 判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若已经达到，直接退出定期删除。