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); } }