《Redis设计与实现》学习笔记-单机数据库 - 数据库编程

一个Redis服务器实例在单机运行时可以添加多个数据库来保存键值对，Redis在实现中通过一个redisDb结构体来描述数据库，该结构体中有一个字典类型的字段来保存数据库中所有的键值对，redisServer结构体来描述服务器实例，该结构体中有一个dbnum字段来保存数据库数量，一个redisDb数组字段来保存服务器中的所有数据库。

struct redisServer{
    ...
    redisDb *db;
    int dbnum;
    ...
};

typedef struct redisDb{
    ...
    dict *dict;
    ...
} redisDb;

当客户端调用SET、RPUSH等命令之后会把命令中内容作为键值对添加到redisDb的dict字典字段中，调用DEL等删除操作时会删除dict字段中相应的数据。

客户端可以通过调用select <数据库编号> 来切换数据库。在服务器内部，通过redisClient结构体保存客户端状态，该结构体中有一个db字段来记录目标数据库，切换数据库之后，redisClient结构体中的db属性指向目标的数据库结实例。

typedef struct redisClient{
    ...
    redisDb *db;
    ...
}redisClient;

键的过期时间：
redis提供了四种命令设置键的过期时间：

EXPIRE 设置key的生存时间为ttl秒。PEXPIRE 设置key的生存时间为ttl毫秒。EXPIREAT 设置key的过期时间为timestamp所指定秒数时间戳。PEXPIREAT 设置key的过期时间为timestamp所指定的毫秒数时间戳。

在redisDb结构体中有一个expires字段，用来保存数据库中所有键的过期时间，这是一个字典字段，键是一个指向键对象的指针，值是一个长整型数保存过期时间（精确的UNIX毫秒时间戳），服务器通过该字段来检查键是否已过期。

此外可以通过TTL和PTTL查询键的剩余生存时间，通过PERSIST 移除键的过期时间。

当键过期时有三种删除策略：

定时删除，创建一个定时器，在定时任务中删除过期的键。这种策略节约内存但是耗CPU资源。惰性删除，不主动删除过期键，每次访问该键时如果该键过期删除该键。这种策略对CPU消耗比较小，但是浪费内存，而且如果过期的键一致不被访问的话有内存泄露的风险。定期删除，每隔一段时间，程序对数据库做一次检查，删除里面的过期键。但是不全部删除，删除多少由算法定，可以根据删除键花费的时间或者一次删除键的数量来控制。这种策略是1和2的折中，在内存和CPU上平衡，事实上很多性能调优的场景都是在内存和CPU之间牺牲哪一个而纠结。 redis在实现时采用了2和3策略。

关于持久化和复制功能对过期键的处理：

在生成RDB文件时会过滤掉过期的键。在生成AOF文件时如果键过期会增加一条DEL命令到AOF文件中，AOF重写时也会忽略过期的键。当主服务器删除一个过期的键后它会向所有从服务器发送一条DEL命令，显示地删除过期键。从服务器不会主动删除过期的键，而是由主服务器统一通知，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