手撸406页Redis核心笔记，玩转Redis

提问？

Redis的五种数据类型分别是由什么数据结构实现的？

1. Redis的字符串数据类型既可以存储字符串（比如"hello world"），又可以存储整数和浮点数（比如10086和3.14），甚至是二进制位（使用SETBIT等命令），Redis在内部是怎样存储这些值的？

2. Redis的一部分命令只能对特定数据类型执行（比如APPEND只能对字符串执行，HSET只能对哈希表执行），而另一部分命令却可以对所有数据类型执行（比如DEL、TYPE和EXPIRE），不同的命令在执行时是如何进行类型检查的？Redis在内部是否实现了一个类型系统？

3. Redis的数据库是怎样存储各种不同数据类型的键值对的？数据库里面的过期键又是怎样实现自动删除的？

4. 除了数据库之外，Redis还拥有发布与订阅、脚本、事务等特性，这些特性又是如何实现的？

5. Redis使用什么模型或者模式来处理客户端的命令请求？一条命令请求从发送到返回需要经过什么步骤？

为了找到这些问题的答案，我在搜索引擎上面进行查找，可惜的是这次搜索并没有多少收获：Redis还是一个非常年轻的软件，对它的最好介绍就是官方网站上面的文档，但是这些文档主要关注的是怎样使用Redis，而不是介绍Redis的内部实现。

综合来看，详细而且完整地介绍Redis内部实现的资料，无论是外文还是中文都不存在。意识到这一点之后，我决定自己动手注释Redis的源代码，从中寻找问题的答案，并通过写博客的方式与其他Redis用户分享我的发现。在积累了七八篇Redis源代码注释文章之后，我想如果能将这些博文汇集成书的话，那一定会非常有趣，并且我自己也会从中学到很多知识。于是我开始创作《Redis设计与实现》，之后加以改进终于完成这份《Redis设计与实现》！！！现在分享给大家

《Redis设计与实现》对Redis的大多数单机功能以及所有多机功能的实现原理进行了介绍，展示了这些功能的核心数据结构以及关键的算法思想。通过阅读本书，读者可以快速、有效地了解Redis的内部构造以及运作机制，这些知识可以帮助读者更好、更高效地使用Redis。

内容简介

本书主要分为四大部分。

1. 第一部分“数据结构与对象”介绍了Redis中的各种对象及其数据结构，并说明这些数据结构如何影响对象的功能和性能。

2. 第二部分“单机数据库的实现”对Redis实现单机数据库的方法进行了介绍，包括数据库、RDB持久化、AOF持久化、事件等。

3. 第三部分“多机数据库的实现”对Redis的Sentinel、复制（replication）、集群（cluster）三个多机功能进行了介绍。

4. 第四部分“独立功能的实现”对Redis中各个相对独立的功能模块进行了介绍，涉及发布与订阅、事务、Lua脚本、排序、二进制位数组、慢查询日志、监视器等。

第一章 引言：本章节介绍了书籍内容概括+内容安排及内容简介

第一部分“数据结构与对象"

第二章 简单动态字符串

• 2.1 SDS的定义

• 2.2 SDS与C字符串的区别

• 2.3 SDS API

• 2.4 重点回顾

• 2.5 参考资料

第三章 链表

• 3.1 链表和链表节点的实现

• 3.2 链表和链表节点的API

• 3.3 重点回顾

第四章 字典

• 4.1 字典的实现

• 4.2 哈希算法

• 4.3 解决键冲突

• 4.4 rehash

• 4.5 渐进式rehash

• 4.6 字典API

• 4.7 重点回顾

第五章 跳跃表

• 5.1 跳跃表的实现

• 5.2 跳跃表API

• 5.3 重点回顾

第六章 整数集合

• 6.1 整数集合的实现

• 6.2 升级

• 6.3 升级的好处

• 6.4 降级

• 6.5 整数集合API

• 6.6 重点回顾

第七章 压缩列表

• 7.1 压缩列表的构成

• 7.2 压缩列表节点的构成

• 7.3 连锁更新

• 7.4 压缩列表API

• 7.5 重点回顾

第八章对象

• 8.1 对象的类型与编码

• 8.2 字符串对象

• 8.3 列表对象

• 8.4 哈希对象

• 8.5 集合对象

• 8.6 有序集合对象

• 8.7 类型检查与命令多态

• 8.8 内存回收

• 8.9 对象共享

• 8.10 对象的空转时长

第二部分“单机数据库的实现”

第九章 数据库：对Redis数据库的实现原理进行了介绍，说明了服务器保存键值对的方法，服务器保存键值对过期时间的方法，以及服务器自动删除过期键值对的方法等等。

第十章 RDB持久化：第10章“RDB持久化”和第11章“AOF持久化”分别介绍了Redis两种不同的持久化方式的实现原理，说明了服务器根据数据库来生成持久化文件的方法，服务器根据持久化文件来还原数据库的方法，以及 BGSAVE命令和BGREWRITEAOF命令的实现原理等等。

第十一章 AOF持久化

第十二章 事件：对 Redis的文件事件和时间事件进行了介绍

第十三章 客户端：对Redis服务器维护和管理客户端状态的方法进行了介绍，列举了客户端状态包含的各个属性，说明了客户端的输人缓冲区和输出缓冲区的实现方法，以及Redis服务器创建和销毁客户端状态的条件等等。

第十四章 服务器：对单机 Redis服务器的运作机制进行了介绍，详细地说明了服务器处理命令请求的步骤，解释了serverCron函数所做的工作，并讲解了Redis服务器的初始化过程。

第三部分“多机数据库的实现”

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第十五章 复制：对 Redis的主从复制功能( master-slave replication)的实现原理进行了介绍，说明了当用户指定一个服务器（从服务器）去复制另一个服务器（主服务器）时，主从服务器之间执行了什么操作，进行了什么数据交互，诸如此类。

第十六章 Sentinel：对Redis Sentinel 的实现原理进行了介绍，说明了Sentinel监视服务器的方法，Sentinel判断服务器是否下线的方法，以及 Sentinel对下线服务器进行故障转移的方法等等。

第十七章 集群：对 Redis集群的实现原理进行了介绍，说明了节点(node)的构建方法，节点处理命令请求的方法，转发( redirection)错误的实现方法，以及各个节点之间进行通信的方法等等。

第四部分“独立功能的实现”

第十八章 发布与订阅：对PUBLISH、SUBSCRIBE、PUBSUB等命令的实现原理进行了介绍,解释了Redis的发布与订阅功能是如何实现的。

第十九章 事务：对MULTI、EXEC、WATCH等命令的实现原理进行了介绍，解释了Redis 的事务是如何实现的，并说明了Redis 的事务对ACID性质的支持程度。

第二十章 Lua脚本：对EVAL、EVALSHA、SCRIPT LOAD等命令的实现原理进行了介绍，解释了Redis服务器是如何执行和管理用户传入的Lua脚本的;这一章还对Redis服务器构建Lua环境的过程，以及主从服务器之间复制Lua脚本的方法进行了介绍。

第二十一章 排序：对SORT命令以及SORT命令所有可用选项（比如DESC、ALPHA、GET等等）的实现原理进行了介绍，并说明了当SORT命令带有多个选项时，不同选项执行的先后顺序。

第二十二章 二进制位数组：对Redis保存二进制位数组的方法进行了介绍，并说明了GETBIT、SETBIT、BITCOUNT、BITOP这几个二进制位数组操作命令的实现原理。

第二十三章 慢查询日志：对Redis创建和保存慢查询日志( slow log)的方法进行了介绍，并说明了SLOWLOG GET、SLOWLOG LEN、SLOWLOG RESET等慢查询日志操作命令的实现原理。

第二十四章 监视器：介绍了将客户端变为监视器( monitor)的方法，以及服务器在处理命令请求时,向监视器发送命令信息的方法。

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