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Redis学习

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了解Redis

Redis介绍

REmote Dictionary Server(Redis) 是一个由Salvatore Sanfilippo写的key-value存储系统。

Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

它通常被称为数据结构服务器，因为值（value）可以是 字符串(String), 哈希(Hash), 列表(list), 集合(sets) 和 有序集合(sorted sets)等类型。

Redis特点

  • Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
  • Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。
  • Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。

Redis支持的数据结构

  • 简单动态字符串 （simple dynamic string SDS）
    • 空间预分配：若SDS长度大于1MB，程序会分配1MB的未使用空间。
    • 惰性空间释放
    • 二进制安全
    • 获取字符串长度为常数复杂度
    • 杜绝缓冲区溢出
  • 链表
  • 字典
  • 跳跃表
  • 整数集合（intset）
    • 不包含重复项
    • 从小到大有序排列
  • 压缩列表（ziplist）
    • 压缩列表是为了节约内存而开发的，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序性数据结构
    • 压缩链表可以包含多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或整数值。

Redis对象类型

  • 字符串对象 string
  • 列表对象 list
    • 当列表元素较少时，使用压缩列表作为底层实现（所有字符串长度都小于64KB，且元素数量小于512）
    • 当列表元素较多时，使用双端链表作为底层实现
  • 哈希对象 hash
    • 当所有键值对的键和值的字符串长度都小于64KB，且键值对数量小于512时，哈希对象采用压缩列表作为底层实现，每对键值保存在相邻位置。
    • 否则采用hashtable编码，即采用字典作为底层实现，字典的每个键值都是字符串对象。
  • 集合对象 set
    • 当所有元素都是整数值且个数不超过512时，采用intset作为底层实现。
    • 否则采用hashtable编码，即字典作为底层实现，字典的键对应集合中的元素，字典的值全部为NULL
  • 有序集合对象 zset
    • 当所有元素的长度小于64KB且数量小于128个时，采用ziplist作为底层实现
    • 否则采用zset作为底层实现，zset结构同时包含一个字典和一个跳跃表，这两种数据结构通过指针共享相同的元素成员和分值。

Redis的内存回收机制

  • 引用计数机制：

    • 创建一个新对象时，引用计数的值被初始化为1
    • 对象被一个新程序使用时，引用计数值加1
    • 对象不再被一个程序使用时，引用计数值减1
    • 对象的引用计数值为0时，对象所占用的内存会被释放

      Redis的对象共享机制

  • Redis中，多个键可以共享同一个值对象：

    • 将数据库的键指针指向一个现有的值对象
    • 并将被共享的值对象的引用计数加1

  • redis在初始化服务器时会创建一万个字符串对象，包含了从0-9999的所有整数值，当服务器要用到这些字符串对象时直接引用就可以了。

Redis的复制

即主从服务器的同步。

  • 旧版复制功能：
    • SYNC命令：
      • 主服务器执行BGSAVE命令生成RDB文件，此过程消耗大量的CPU、内存和磁盘I/O资源
      • 发送RDB文件给从服务器，消耗网络资源
      • 从服务器载入RDB文件时会因为阻塞而无法处理命令请求
  • 新版复制功能：
    • 完整重同步：
      • 初次复制时使用完整重同步，操作与SYNC命令相同。
    • 部分重同步：
      • 用于断线后重新复制的情况

Redis源码探究

Redis服务器

  1. server.h: redisServer结构体中含有服务器全局信息的相关属性
  2. server.c/main: 程序创建一个redisServer结构的实例变量 server ， 调用函数 initServerConfig() , 将 server 的各个属性初始化为默认值。
  3. server.c/main: 读入配置文件及参数设置等，打印log
  4. server.c/main: 配置完毕后启动aeMain，进入时间循环
  5. ae.c/aeMain: 循环执行aeProcessEvents直到接收到stop信号
  6. ae.c/aeProcessEvents: 调用multiplexing API – aeApiPoll，只有当超时或某些事件被触发时才会返回。
  7. ae_epoll.c/aeApiPoll: 调用epoll_wait接收请求，返回事件数量
  8. ae.c/aeProcessEvents: 根据返回的事件数量处理队列中的事件。一般情况下，首先处理读事件，再处理写事件。

由于采用了I/O多路复用技术，即使有多个连接存在，Redis服务器在处理网络请求时也是单进程单线程的。

  • 优点：
    • 代码更清晰，处理逻辑更简单
    • 不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗
    • 不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU
  • 缺点：
    • 无法发挥多核CPU性能，不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善；
    • （主从服务器如果部署在同一节点上，是否就失去了实用意义？）