第三章 数据库

　　1. 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redis.h / redisServer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：

　　                     

　　2. 切换数据库　　

　　 

　　3. 数据库键空间

　　Redis是一个键值对数据库服务器，服务器中的每个数据库由一个redis.h/redisDb结构表示，其中，redisDb结构的dict字典保存了数据库中所有的键值对，称这个字典为键空间。

　　3.1 添加新键

　　

　　 

　　3.2 删除键

　　

　　 

　　3.3 更新键

　　

　　

　　3.4 对键取值

　　 

　　3.5 读写键空间时的维护操作

　　当使用redis命令对数据库进行读写时，服务器不仅会对键空间执行指定的读写操作，还会执行一些额外的维护操作，包括：

• 在读取一个键后（读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
• 在读取一个键后，服务器会更新键的LRU（最后一次使用）时间
• 如果服务器在读取一个键时，发现键已过期，服务器会先删除过期键，再执行余下操作
• 如果有客户端使用WATCH命令监视了某个键，服务器在对被监视的键进行修改后，会将这个键标记为脏（在事务一章会介绍）
• 服务器每修改一个键之后，都会对脏键计数器的值增1，这个计数器会触发服务器的持久化和复制操作（在持久化和复制议长中介绍）
• 如果服务器开启了数据库通知功能，在对键进行修改之后，服务器将按配置发送相应的数据库通知（发布和订阅一章中介绍）

　　4. 设置键的生存时间或过期时间

　　4.1 设置过期时间

• EXPIRE<key> <ttl> 键的生存时间为 ttl ( time to live ) 秒
• PEXPIRE<key> <ttl> 键的生存时间为 ttl ( time to live ) 毫秒
• EXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于将键的过期时间设置为timestamp所指定的秒时间戳
• PEXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于将键的过期时间设置为timestamp所指定的毫秒时间戳

　　4.2 移除过期键

　　PERSIST命令用于移除过期键。

　　

　　4.3 计算并返回剩余生存时间

　　TTL 命令以秒返回键的生存时间，PTTL以毫秒返回键的生存时间。

　　

　　5. 过期键删除策略

• 定时删除（占用太多的CPU时间，影响服务器的响应时间和吞吐量）

　　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（浪费内存，有内存泄漏风险）

　　放任键过期不管，但是每次从键空间获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期，就删除该键；如果没有过期，就返回该键。

• 定期删除

　　每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。

　　6. Redis过期键删除策略

 　　Redis服务器使用惰性删除和定期删除两种策略。

　　6.1 惰性删除策略

　　

　　6.2 定期删除策略的实现

　　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函数时，activeExpireCycle函数就会被调用，整个过程的伪码描述如下：

# 默认每次检查的数据库数量
DEFAULT_DB_NUMBERS = 16

# 默认每个数据库检查的键数量
DEFAULT_KEY_NUMBERS = 20

# 全局变量，记录检查进度
current_db = 0

def activeExpireCycle():
    # 初始化要检查数据库的数量
    # 如果服务器的数据库数量比DEFAULT_DB_NUMBERS 要小
    # 那么以服务器的数据库数量为准
    if server.dbnum < DEFAULT_DB_NUMBERS:
            db_numbers = server.dbnum
    else:
            db_numbers = DEFAULT_DB_NUMBERS
    
    # 遍历各个数据库
    for i in range(db_numbers):
            # 如果current_db的值等于服务器的数据库数量
            # 这表示检查程序已经遍历了服务器的所有数据库一次
            # 将current_db重置为0，开始新的一轮遍历
            if current_db == server.dbnum:
                    current_db = 0

            # 获取当前要处理的数据库
            redisDb = server.db[current_db]
            
            # 将数据库索引增1，指向下一个要处理的数据库
            current_db += 1

            # 检查数据库键
            for j in range(DEFAULT_KEY_NUMBERS):
                    # 如果数据库中没有一个键带有过期时间，那么跳过这个数据库
                    if redisDb.expires.size() == 0 : break
                    
                    # 随机获取一个带有过期时间的键
                    key_with_ttl = redisDb.expires.get_random_key()

                    # 检查键是否过期，如果过期就删除它
                    if is_expired(key_with_ttl):
                        delete_key(key_with_ttl)

                    # 已达到时间上限，停止处理
                    if reach_time_limit() : return

　　7 AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

　　7.1 生成RDB文件

　　在执行SAVE或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。

　　7.2 载入RDB文件

　　在启动Redis服务器时，如果服务器开启了RDB功能，那么服务器会对RDB文件进行载入：

• 如果服务器以主服务器模式运行，在载入RDB文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，只有未过期的键会被载入到数据库中
• 如果服务器以从服务器运行，载入RDB文件时，文件中保存的所有键，无论过期与否都会被载入到数据库中

　　7.3 AOF文件写入

　　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，且被惰性删除或定期删除之后，程序会向AOF文件追加一条DEL命令，显式记录该键已被删除。

　　7.4 AOF重写

　　和生成RDB文件时类似，在执行AOF重写的过程中，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重写后的AOF文件中

　　7.5 复制

　　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
• 从服务器只有在接到主服务器地DEL命令之后，才会删除过期键