《Redis 设计与实现》读书笔记

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1 键空间

set message "hello word"
rpush alphabet "a" "b" "c"
hset book name "Redis in action"
hset book author "Josian L. Carlson"
hset book publisher "Manning"

执行以上指令后，数据库的键空间如下所示：

2 总结

Redis 服务器的所有数据都是保存在 redisServer.db 数组中，而数据库的数量则由 redisServer.dnum 属性保存
客户端通过修改目标数据库指针，让它指向 redisServer.db 数组中的不同元素来切换数据库
数据库主要由 dict 和 expires 两个字典构成，其中 dict 字典负责保存键值对，expires 字典则负责保存键的过期时间
Redis 使用惰性删除和定期删除两种策略来删除过期的键：惰性删除策略只在碰到过期键时才进行删除操作，定时删除策略则每隔一段时间主动查找并删除过期键

3 持久化

3.1 RDB

RDB 持久化功能所生成的 RDB 文件是一个经过压缩的二进制文件，通过该文件可以还原生成 RDB 文件时的数据库状态。

两个指令可以用于生成 RDB 文件：SAVE 和 BGSAVE

SAVE 指令会阻塞 Redis 服务器进程，直到 RDB 文件创建完毕为止，在服务器进程阻塞期间，服务器不能处理任何命令请求
BGSAVE 命令会派生出一个子进程，然后由子进程负责创建 RDB 文件，服务器进程继续处理命令请求

RDB 文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，只要 Redis 服务器在启动时检测到 RDB 文件存在，它就会自当载入 RDB 文件。但是由于 AOF 文件的更新频率通常比 RDB 文件要高，因此服务器会优先使用 AOF 文件来还原数据库状态。

对于一个空的 RDB 文件，将由以下四个部分组成：

五个字节的 “REDIS” 字符串
四个字节的版本号（db_version）
一个字节的 EOF 常量
八个字节的校验和（check_sum）

3.2 AOF

AOF 是通过保存 Redis 服务器所执行的写命令来记录数据库的状态，在读取文件还原数据的时只需要从 AOF 文件中分析并依次读取出每条写命令

AOF 的持久化功能的实现可以分为命令追加，文件写入，文件同步三个步骤

命令追加：当 AOF 持久化功能处于打开状态时，服务器在执行完一个写命令后，会以协议格式将被执行的写命令追加到服务器状态的 aof_buf 缓冲区的末尾

文件写入：关于文件的写入和同步操作，可以使用以下伪代码来描述

def eventLoop():
	while True:
		# 处理文件事件，接收命令请求以及发送命令回复
		# 处理命令请求时可能会有新内容被追加到 aof_buf 缓冲区中
		processFileEvents()
		
		# 处理时间事件
		processTimeEvents()
		
		# 考虑是否要将 aof_buf 中的内容写入和保存到 AOF 文件里面
		flushAppendOnlyFile()

flushAppendOnlyFile 函数的行为由服务器配置的 appendfsync 选项的值来决定，各个不同值产生的行为不同：

always（将缓冲区所有内容写入并同步到 AOF 文件），（将所有内容写入到 AOF 文件并每间隔一秒同步一次），no（及那个内容写入到 AOF 文件，但是同步时间由操作系统决定）

由于 Redis 使用单线程来处理命令请求，如果服务直接调用 aof_rewrite 函数来重写 aof 文件，则服务期间无法处理客户端发来的命令请求，因此，Redis 将 AOF 重写程序放到子进程里执行，其优点如下：

子进程进行 AOF 重写期间，服务器进程可以继续处理命令请求
子进程带有服务器进程的数据副本，使用子进程而不是线程，可以在避免使用锁的情况下，保证数据的安全性

AOF 后台重写的具体实现如下：

服务器：

执行客户端发来的命令
将执行后的写命令追加到 AOF 缓冲区
将执行后的写命令追加到 AOF 重写缓冲区

子进程在完成 AOF 重写后，会向父进程发送一个信号，父进程接到该信号后会调用一个信号处理函数并执行以下工作：

将 AOF 重写缓冲区中的所有内容写到新 AOF 文件中
对新的 AOF 文件进行改名，原子地覆盖现有的 AOF 文件，完成新旧两个 AOF 文件的替换

4 客户端和服务器

4.1 客户端

Redis 是一对多的服务器程序，通过使用由 I/O 多路复用技术实现的文件事件处理器，Redis 服务器使用单线程单进程的方式来处理命令请求，并与多个客户端进行网络通信
服务器状态结构使用 clients 链表连接起多个客户端状态，新添加的客户端状态会被放到链表的末尾

4.2 服务器

服务器的启动：

初始化服务器状态
载入服务器配置
初始化服务器数据结构fu
还原数据结构
执行事件循环

命令从发送到完成：

客户端将命令请求发送给服务器
服务器读取命令请求，并分析出命令参数
命令执行器根据参数查找命令的实现函数，然后执行实现函数并得出命令回复
服务器将命令回复返回给客户端

G.Fukang's Blog

Redis 设计与实现[2] -- 单机数据库的实现

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