redis设计与实现(四)服务器中的数据库

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server.h结构的db数组中，db数组的每个项都是一个redis.h/redisDb结构，每个redisDb结构代表一个数据库。

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个数据库：

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服务器默认会创建16个数据库

每个Redis客户端都有自己的目标数据库，每当客户端执行数据库写命令或者数据库读命令的时候，目标数据库就会成为这些命令的操作对象。默认情况下，Redis客户端的目标数据库为0号数据库，但客户端可以通过执行SELECT命令来切换目标数据库。

redis＞ SET msg "hello world" OK redis＞ GET msg "hello world" redis＞ SELECT 2 OK redis[2]＞ GET msg (nil) redis[2]＞ SET msg"another world" OK redis[2]＞ GET msg "another world" 

数据库的键空间

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由一个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）：

• 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，每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序集合对象中的任意一种Redis对象。

• 在读取一个键之后（读操作和写操作都要对键进行读取），服务器会根据键是否存在来更新服务器的键空间命中（hit）次数或键空间不命中（miss）次数，这两个值可以在INFO stats命令的keyspace_hits属性和keyspace_misses属性中查看。

• 在读取一个键之后，服务器会更新键的LRU（最后一次使用）时间，这个值可以用于计算键的闲置时间，使用OBJECT idletime命令可以查看键key的闲置时间。

设置键的生存时间或过期时间

通过EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客户端可以以秒或者毫秒精度为数据库中的某个键设置生存时间（Time To Live，TTL），在经过指定的秒数或者毫秒数之后，服务器就会自动删除生存时间为0的键。TTL命令和PTTL命令返回这个键的剩余生存时间

过期删除策略：

• 定时删除：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：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。

定时删除策略对内存是最友好的：通过使用定时器，定时删除策略可以保证过期键会尽可能快地被删除，并释放过期键所占用的内存。

时删除策略的缺点是，它对CPU时间是最不友好的：在过期键比较多的情况下，删除过期键这一行为可能会占用相当一部分CPU时间。

惰性删除策略对CPU时间来说是最友好的：程序只会在取出键时才对键进行过期检查，这可以保证删除过期键的操作只会在非做不可的情况下进行，并且删除的目标仅限于当前处理的键，这个策略不会在删除其他无关的过期键上花费任何CPU时间。

在使用惰性删除策略时，如果数据库中有非常多的过期键，而这些过期键又恰好没有被访问到的话，那么它们也许永远也不会被删除（除非用户手动执行FLUSHDB）

定期删除策略是前两种策略的一种整合和折中：

• 定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作，并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时间的影响。

• 除此之外，通过定期删除过期键，定期删除策略有效地减少了因为过期键而带来的内存浪费。

惰性删除策略的实现：

• 如果输入键已经过期，那么expireIfNeeded函数将输入键从数据库中删除。

• 如果输入键未过期，那么expireIfNeeded函数不做动作。

定时删除策略的实现：

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函数就会被调用，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。

AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

在执行SAVE命令或者BGSAVE命令创建一个新的RDB文件时，程序会对数据库中的键进行检查，已过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中。

举个例子，如果数据库中包含三个键k1、k2、k3，并且k2已经过期，那么当服务器启动时：

• 如果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。

• 如果服务器以从服务器模式运行，那么k1、k2和k3都会被载入到数据库。

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，但它还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而产生任何影响。

举个例子，如果客户端使用GET message命令，试图访问过期的message键，那么服务器将执行以下三个动作：1）从数据库中删除message键。2）追加一条DEL message命令到AOF文件。3）向执行GET命令的客户端返回空回复。

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。