服务器中的数据库
数据库的实现
Redis的所有数据库保存在redisServer结构的db数组中，每个redisDb结构代表一个数据库，redisServer结构中的dbnum变量决定了有多少个数据库（默认为16个数据库）
struct redisServer {
// 数据库
redisDb *db;
// 服务器数据库数量
int dbnum;
// ......
};
redisDb的数据结构如下，blocking_keys 和 ready_keys 使用于在列表类型的阻塞命令(BLPOP等)。
typedef struct redisDb {
// 数据库键空间，保存着数据库中的所有键值对
dict *dict; /* The keyspace for this DB */
// 键的过期时间，字典的键为键，字典的值为过期事件 UNIX 时间戳
dict *expires; /* Timeout of keys with a timeout set */
// 正处于阻塞状态的键
dict *blocking_keys; /* Keys with clients waiting for data (BLPOP) */
// 可以解除阻塞的键
dict *ready_keys; /* Blocked keys that received a PUSH */
// ......
} redisDb;
切换数据库
当执行SELECT index命令后，就会切换数据库。SELECT index命令的源码如下。客户端结构redisClient内保存着指向数据库的指针db，直接改变指针db就可以实现数据库的切换。
/*
* 将客户端的目标数据库切换为 id 所指定的数据库
*/
int selectDb(redisClient *c, int id) {
// 确保 id 在正确范围内
if (id < 0 || id >= server.dbnum)
return REDIS_ERR;
// 切换数据库（更新指针）
c->db = &server.db[id];
return REDIS_OK;
}
服务器和客户端数据库关系示意图：
数据库的键空间
redisDb结构中的dic字典保存了数据库所有的键值对，expires字典保存了所有键的过期时间。数据库的键（即键空间的键），每个键都是字符串对象，而数据库的值（即键空间的值），每个值可以是字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象和有序集合对象中的一种。
添加新键，实际上就是将一个新键值对添加到键空间字典里去：
删除键，实际上就是在键空间中删除对应的键值对对象。删除键book后，键空间如下：
过期键
设置键的过期时间
redisDb结构中的expires字典保存了数据库中键的过期时间，expires字典的键是指针，指向键空间的某个键空间（共用对象，避免内存浪费）；expires字典的值保存着键的过期时间（UNIX时间戳）。
设置键的过期时间，实际上就是在expires字典中添加对应的键和过期时间。
通过expires字典，程序可以判断一个键是否过期，只要该键存在于expires字典中，并且当前UNIX时间戳大于键的过期时间，那么此键为过期键。
惰性删除策略
惰性删除策略只会在对键进行读写操作前才会执行。如果输入键过期，直接将输入键从数据库中删除。惰性删除的函数为
int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
// 取出键的过期时间
mstime_t when = getExpire(db,key);
mstime_t now;
// 没有过期时间
if (when < 0) return 0; /* No expire for this key */
/* Don‘t expire anything while loading. It will be done later. */
// 如果服务器正在进行载入，那么不进行任何过期检查
if (server.loading) return 0;
// 当服务器运行在 replication 模式时
// 附属节点并不主动删除 key
// 它只返回一个逻辑上正确的返回值
// 真正的删除操作要等待主节点发来删除命令时才执行
// 从而保证数据的同步
if (server.masterhost != NULL) return now > when;
// 运行到这里，表示键带有过期时间，并且服务器为主节点
// 如果未过期，返回 0
if (now <= when) return 0;
/* Delete the key */
server.stat_expiredkeys++;
// 向 AOF 文件和附属节点传播过期信息
propagateExpire(db,key);
// 发送事件通知
notifyKeyspaceEvent(REDIS_NOTIFY_EXPIRED,
"expired",key,db->id);
// 将过期键从数据库中删除
return dbDelete(db,key);
}
在读操作前会调用lookupKeyRead函数来取出键值，此函数内部会执行惰性删除策略。
/*
* 为执行读取操作而取出键 key 在数据库 db 中的值。
*
* 并根据是否成功找到值，更新服务器的命中/不命中信息。
*
* 找到时返回值对象，没找到返回 NULL 。
*/
robj *lookupKeyRead(redisDb *db, robj *key) {
robj *val;
// 检查 key 释放已经过期
expireIfNeeded(db,key);
// 从数据库中取出键的值
val = lookupKey(db,key);
// 更新命中/不命中信息
if (val == NULL)
server.stat_keyspace_misses++;
else
server.stat_keyspace_hits++;
// 返回值
return val;
}
定期删除策略
定期删除策略是每隔一段时间执行一个删除过期键操作。定期删除策略由 activeExpireCycle 函数实现，该函数会被服务器周期调用。
void activeExpireCycle(int type) {
// 静态变量，用来累积函数连续执行时的数据
static unsigned int current_db = 0; /* Last DB tested. */
static int timelimit_exit = 0; /* Time limit hit in previous call? */
static long long last_fast_cycle = 0; /* When last fast cycle ran. */
unsigned int j, iteration = 0;
// 默认每次处理的数据库数量
unsigned int dbs_per_call = REDIS_DBCRON_DBS_PER_CALL;
// 函数开始的时间
long long start = ustime(), timelimit;
// 快速模式
if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) {
// 如果上次函数没有触发 timelimit_exit ，那么不执行处理
if (!timelimit_exit) return;
// 如果距离上次执行未够一定时间，那么不执行处理
if (start < last_fast_cycle + ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION*2) return;
// 运行到这里，说明执行快速处理，记录当前时间
last_fast_cycle = start;
}
if (dbs_per_call > server.dbnum || timelimit_exit)
dbs_per_call = server.dbnum;
// 函数处理的微秒时间上限
// ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC 默认为 25 ，也即是 25 % 的 CPU 时间
timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100;
timelimit_exit = 0;
if (timelimit <= 0) timelimit = 1;
// 如果是运行在快速模式之下
// 那么最多只能运行 FAST_DURATION 微秒
// 默认值为 1000 （微秒）
if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST)
timelimit = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION; /* in microseconds. */
// 遍历数据库
for (j = 0; j < dbs_per_call; j++) {
int expired;
// 指向要处理的数据库
redisDb *db = server.db+(current_db % server.dbnum);
// 为 DB 计数器加一，如果进入 do 循环之后因为超时而跳出
// 那么下次会直接从下个 DB 开始处理
current_db++;
/* Continue to expire if at the end of the cycle more than 25%
* of the keys were expired. */
do {
unsigned long num, slots;
long long now, ttl_sum;
int ttl_samples;
/* If there is nothing to expire try next DB ASAP. */
// 获取数据库中带过期时间的键的数量
// 如果该数量为 0 ，直接跳过这个数据库
if ((num = dictSize(db->expires)) == 0) {
db->avg_ttl = 0;
break;
}
// 获取数据库中键值对的数量
slots = dictSlots(db->expires);
// 当前时间
now = mstime();
// 这个数据库的使用率低于 1% ，扫描起来太费力了（大部分都会 MISS）
// 跳过，等待字典收缩程序运行
if (num && slots > DICT_HT_INITIAL_SIZE &&
(num*100/slots < 1)) break;
/* The main collection cycle. Sample random keys among keys
* with an expire set, checking for expired ones.
*
* 样本计数器
*/
// 已处理过期键计数器
expired = 0;
// 键的总 TTL 计数器
ttl_sum = 0;
// 总共处理的键计数器
ttl_samples = 0;
// 每次最多只能检查 LOOKUPS_PER_LOOP 个键
if (num > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP)
num = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP;
// 开始遍历数据库
while (num--) {
dictEntry *de;
long long ttl;
// 从 expires 中随机取出一个带过期时间的键
if ((de = dictGetRandomKey(db->expires)) == NULL) break;
// 计算 TTL
ttl = dictGetSignedIntegerVal(de)-now;
// 如果键已经过期，那么删除它，并将 expired 计数器增一
if (activeExpireCycleTryExpire(db,de,now)) expired++;
if (ttl < 0) ttl = 0;
// 累积键的 TTL
ttl_sum += ttl;
// 累积处理键的个数
ttl_samples++;
}
/* Update the average TTL stats for this database. */
// 为这个数据库更新平均 TTL 统计数据
if (ttl_samples) {
// 计算当前平均值
long long avg_ttl = ttl_sum/ttl_samples;
// 如果这是第一次设置数据库平均 TTL ，那么进行初始化
if (db->avg_ttl == 0) db->avg_ttl = avg_ttl;
/* Smooth the value averaging with the previous one. */
// 取数据库的上次平均 TTL 和今次平均 TTL 的平均值
db->avg_ttl = (db->avg_ttl+avg_ttl)/2;
}
// 我们不能用太长时间处理过期键，
// 所以这个函数执行一定时间之后就要返回
// 更新遍历次数
iteration++;
// 每遍历 16 次执行一次
if ((iteration & 0xf) == 0 && /* check once every 16 iterations. */
(ustime()-start) > timelimit)
{
// 如果遍历次数正好是 16 的倍数
// 并且遍历的时间超过了 timelimit
// 那么断开 timelimit_exit
timelimit_exit = 1;
}
// 已经超时了，返回
if (timelimit_exit) return;
// 如果已删除的过期键占当前总数据库带过期时间的键数量的 25 %
// 那么不再遍历
} while (expired > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4);
}
}
原文地址：https://www.cnblogs.com/lizhimin123/p/10189603.html
时间： 2024-08-28 23:33:57