Redis——数据库

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文章目录

Redis——数据库
前言
一、服务器中的数据库
二、数据库键空间
三、设置键的生存时间或过期时间
四、过期键删除策略
五、AOF、RDB和复制功能对过期键的处理
六、重点回顾

前言

仅作为笔记

一、服务器中的数据库

Redis服务器默认会创建16个数据库。 可以根据服务器配置的database选项决定。

二、数据库键空间

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）。

上图可以用来参照Redis数据库的底层设计，redisDb的数量由上面提到的database参数可以指定。
添加新键：添加一个新键值对到数据库，实际上就是将一个新键值对添加到键空间字典里面，其中键为字符串对象，而值为任意一种类型的Redis对象（之前提到过五种数据类型，每一种对应一种对象）。
删除键：在键空间（字典）里面删除键所对应的键值对对象。
更新键：对键空间里面键所对应的值对象进行更行。
对键取值：在键空间中取出键所对应的值对象。

三、设置键的生存时间或过期时间

使用EXPIRE命令或PEXPIRE命令设置键生存时间（键可以存在多久），生存时间为0会被服务器自动删除。
使用EXPIREAT命令或者PEXPIREAT（实际上另外三个命令都是由这个命令实现的）命令可以给某个键设置过期时间（键什么时候被删除）。当键的过期时间来临时，服务器会自动从数据库中删除这个键。
过期时间保存在expires字典里，叫做过期字典。
PERSIST可以移除一个键的过期时间。执行这个后，过期字典中被移除过期时间的键的键值对就会消失。
过期键的判定：
1）检查给定键是否存在于过期字典中，如果存在，那么取得键的过期时间。
2）检查当前UNIX时间戳是否大于键的过期时间，如果是的话，那么键已经过期，否则没过期。

四、过期键删除策略

键判定了过期后就该删除，那么怎么删除呢？看下面的策略。

定时删除：在设置键的同时，创建一个定时器，让定时器在键过期时间来临时，立即执行对键的删除操作，并释放内存。
缺点：对cpu时间不友好，因为是立即执行，如果出现某一时刻有特别多的过期键，那么就会导致cpu去大量的处理这些过期键，但是这时候又不缺内存，那么如此使用cpu将会导致此时服务器的响应时间和吞吐量造成影响。
惰性删除：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，这样可以保证删除过期键的操作只会在非做不可的情况下才进行，删除的目标仅限于当前处理的键，不会删除其他无关的过期键花费额外的CPU时间。
缺点：对内存不友好，因为只处理取出来的键的话会存在许多已经过期的键还存在内存中。
定期删除：这是一种定时删除（缺点是太花费cpu时间，影响服务器性能和吞吐量）和惰性删除（对内存不友好）的折中做法。
原理：每隔一段时间执行一次删除过期键的操作，并通过限制删除操作执行的时常和频率来减少删除操作对CPU时间的影响。并且由于是定期删除，有一定的执行时间，可以有效地减少因为过期键而带来的内存浪费。
注意：定期删除如果执行太频繁和执行时常过长，会退化成定时删除。如果执行频率很少且时常短，会退化成惰性删除。

五、AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

如果服务器以主服务器模式运行：载入RDB文件时，程序会对文件保存的键进行检查，未过期的会被载入到数据库，过期的会被忽略，所以过期键不会对载入RDB文件的服务器造成什么影响。
如果以从服务器模式运行：载入RDB文件时，程序会把文件中保存的所有键都会载入，无论过期与否，但是因为主从服务器进行数据同步的时候，从服务器的数据库会被清空，所以过期键对载入RDB文件的从服务器也不会造成什么影响。
当服务器以AOF持久化模式运行，如果数据库中的某个键已经过期，但是还没被删除，那么AOF不会因为这个过期键而产生任何的影响。当过期键被删除后程序会向AOF文件追加一条DEL命令，显示的记录该键已被删除。
AOF重写：和生成RDB文件时类似（和上面载入RDB文件时一样）。
复制：
1）主服务器在删除一个过期键之后，会显示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。
2）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其删除，而是向处理未过期键一样处理。
3）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。

小结：通过由主服务器来控制从服务器统一删除过期键，可以保证主从服务器数据的一致性，也正是因为这个原因，当一个过期键任然存在于主服务器的数据库时，这个过期键在从服务器的复制品也会继续存在。

六、重点回顾

Redis服务器的所有数据库都保存在redisServer . db数组中，而数据库的数量则由redisServer .dbnum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不同的数据库。
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，而expires字典则负责保存键的过期时间。
因为数据库由字典构成，所以对数据库的操作都是建立在字典操作之上的。
数据库的键总是一个字符串对象，而值则可以是任意一种Redis对象类型，包括字符串对象、哈希表对象、集合对象、列表对象和有序集合对象，分别对应字符串键、哈希表键、集合键、列表键和有序集合键。
expires字典的键指向数据库中的某个键，而值则记录了数据库键的过期时间，过期时间是一个以毫秒为单位的UNIX时间戳。
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，定期删除策略则每隔一段时间主动查找并删除过期键。
执行SAVE命令或者BGSAVE命令所产生的新RDB文件不会包含已经过期的键。
执行BGREWRITEAOF命令所产生的重写AOF文件不会包含已经过期的键。
当一个过期键被删除之后，服务器会追加一条DEL命令到现有AOF文件的末尾，显式地删除过期键。
当主服务器删除一个过期键之后，它会向所有从服务器发送一条DEL命令,显式地删除过期键。
从服务器即使发现过期键也不会自作主张地删除它，而是等待主节点发来DEL命令，这种统一、中心化的过期键删除策略可以保证主从服务器数据的一致性。
当Redis命令对数据库进行修改之后，服务器会根据配置向客户端发送数据库通知。