深入浅析Redis—单机数据库的实现

最新推荐文章于 2025-03-18 12:30:01 发布

23届的爪哇垫底生

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文章标签：数据库 redis java

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_46506372/article/details/126079347

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本文深入探讨Redis数据库的实现，包括RDB和AOF持久化机制，以及过期键的惰性删除和定期删除策略。在RDB持久化中，SAVE和BGSAVE用于创建快照，而在AOF持久化中，记录了所有写操作，通过文件写入和AOF重写保持数据一致性。

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数据库数组：

键空间：

expires字典：

过期字典的键是一个指针，这个指针指向键空间中的某个键对象（也即是某个数据库键)。
过期字典的值是一个long long类型的整数，这个整数保存了键所指向的数据库键的过期时间——一个毫秒精度的 UNIX时间戳（expire、pexpire、expireat命令的时间都会转换成pexpireat）
常见命令：
- EXPIRE PEXPIRE 设置键的生存时间单位秒/微秒；
- EXPIREAT PEXPIREAT 设置键的过期时间单位秒/微秒
- TTL PTTL 接受一个带有生存时间或过期时间的键，返回这个键的剩余生存时间
- PERSISIT 移除一个键的过期时间

过期键删除策略：

定时删除(内存最友好，CPU最不友好）:在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器（timer )，让定时器在键的过期时间来临时,立即执行对键的删除操作。
惰性删除（CPU最友好，内存最不友好）:放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期,如果过期的话,就删除该键;如果没有过期,就返回该键。
定期删除:每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。至于要删除多少过期键,以及要检查多少个数据库,则由算法决定。
在这三种策略中，第一种和第三种为主动删除策略，而第二种则为被动删除策略。

Redis中配合使用惰性和定期删除策略

惰性删除策略的实现：

过期键的惰性删除策略由db.c/expireIfNeeded函数实现，所有读写数据库的Redis命令在执行之前都会调用expireIfNeeded函数对输入键进行检查:
- 如果输人键已经过期，那么expireIfNeeded函数将输入键从数据库中删除。
- 如果输人键未过期，那么expireIfNeeded 函数不做动作。

定期删除策略的实现：

过期键的定期删除策略由redis.c/activeExpireCycle函数实现，每当Redis的服务器周期性操作redis.c/serverCron函数执行时，activeExpireCycle函数被调用，它在规定的时间内，分多次遍历服务器中的各个数据库，从数据库的expires字典中随机检查一部分键的过期时间,并删除其中的过期键。

RDB、AOF和复制功能对过期键的处理

RDB：

在启动Redis服务器时，如果服务器开启了RDB功能，那么服务器将对RDB文件进行载入:
- 如果服务器以主服务器模式运行，那么在载入RDB文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，未过期的键会被载入到数据库中，而过期键则会被忽略，所以过期键对载入RDB文件的主服务器不会造成影响。
- 如果服务器以从服务器模式运行，那么在载人RDB文件时，文件中保存的所有键不论是否过期，都会被载入到数据库中。不过，因为主从服务器在进行数据同步的时候，从服务器的数据库就会被清空，所以一般来讲，过期键对载入RDB文件的从服务器也不会造成影响。

创建：

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SAVE：会阻塞Redis服务器进程，知道RDB文件创建完毕，在创建期间Reids服务器不能接受任何请求；
BGSAVE：
- BGSAVE会派生出一个子进程然后由子进程负责创建RDB文件；
- 在BGSAVE执行的时候，不允许再执行SAVE、BGSAVE等指令；
自动BGSAVE：
- serverCron函数默认每个100ms执行一次，该函数会对正在运行的服务器进行维护，它的其中一项工作就是坚持server选项所设置的保存条件是否已经满足，满足就会自行BGSAVE；
- 使用dirty属性记录自上次save之后数据库中数据的修改次数，lastsave记录上次成功执行save命令的时间

载入：

AOF实现原理：

文件写入：
- Redis的服务器进程就是一个事件循环（ loop)，这个循环中的文件事件负责接收客户端的命令请求，以及向客户端发送命令回复，而时间事件则负责执行像serverCron函数这样需要定时运行的函数。
- 因为服务器在处理文件事件时可能会执行写命令，使得一些内容被追加到aof_buf缓冲区里面，所以在服务器每次结束一个事件循环之前，它都会调用flushAppendOnlyFile函数，考虑是否需要将aof_buf缓冲区中的内容写入和保存到AOF 文件里面，这个过程可以用以下伪代码表示:

AOF重写：