第三章 資料庫

　　1. 服務器中的資料庫

　　Redis服務器將所有資料庫都保存在服務器狀態redis.h / redisServer結構的db陣列中，db陣列的每個項都是一個redis.h/redisDb結構，每個redisDb結構代表一個資料庫：

　　2. 切換資料庫　　

　　3. 資料庫鍵空間

　　Redis是一個鍵值對資料庫服務器，服務器中的每個資料庫由一個redis.h/redisDb結構表示，其中，redisDb結構的dict字典保存了資料庫中所有的鍵值對，稱這個字典為鍵空間，

　　3.1 添加新鍵

　　3.2 洗掉鍵

　　3.3 更新鍵

　　3.4 對鍵取值

　　3.5 讀寫鍵空間時的維護操作

　　當使用redis命令對資料庫進行讀寫時，服務器不僅會對鍵空間執行指定的讀寫操作，還會執行一些額外的維護操作，包括：

• 在讀取一個鍵后（讀和寫操作都要對鍵進行讀取），服務器會根據鍵是否存在來更新服務器的鍵空間命中（hit）次數或鍵空間不命中（miss）次數
• 在讀取一個鍵后，服務器會更新鍵的LRU（最后一次使用）時間
• 如果服務器在讀取一個鍵時，發現鍵已過期，服務器會先洗掉過期鍵，再執行余下操作
• 如果有客戶端使用WATCH命令監視了某個鍵，服務器在對被監視的鍵進行修改后，會將這個鍵標記為臟（在事務一章會介紹）
• 服務器每修改一個鍵之后，都會對臟鍵計數器的值增1，這個計數器會觸發服務器的持久化和復制操作（在持久化和復制議長中介紹）
• 如果服務器開啟了資料庫通知功能，在對鍵進行修改之后，服務器將按配置發送相應的資料庫通知（發布和訂閱一章中介紹）

　　4. 設定鍵的生存時間或過期時間

　　4.1 設定過期時間

• EXPIRE<key> <ttl> 鍵的生存時間為 ttl ( time to live ) 秒
• PEXPIRE<key> <ttl> 鍵的生存時間為 ttl ( time to live ) 毫秒
• EXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于將鍵的過期時間設定為timestamp所指定的秒時間戳
• PEXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于將鍵的過期時間設定為timestamp所指定的毫秒時間戳

　　4.2 移除過期鍵

　　PERSIST命令用于移除過期鍵，

　　4.3 計算并回傳剩余生存時間

　　TTL 命令以秒回傳鍵的生存時間，PTTL以毫秒回傳鍵的生存時間，

　　5. 過期鍵洗掉策略

• 定時洗掉（占用太多的CPU時間，影響服務器的回應時間和吞吐量）

　　在設定鍵的過期時間的同時，創建一個定時器（timer），讓定時器在鍵的過期時間來臨時，立即執行對鍵的洗掉操作，

• 惰性洗掉（浪費記憶體，有記憶體泄漏風險）

　　放任鍵過期不管，但是每次從鍵空間獲取鍵時，都檢查取得的鍵是否過期，如果過期，就洗掉該鍵；如果沒有過期，就回傳該鍵，

• 定期洗掉

　　每隔一段時間，程式就對資料庫進行一次檢查，洗掉里面的過期鍵，

　　6. Redis過期鍵洗掉策略

 　　Redis服務器使用惰性洗掉和定期洗掉兩種策略，

　　6.1 惰性洗掉策略

　　6.2 定期洗掉策略的實作

　　過期鍵的定期洗掉策略由redis.c/activeExpireCycle函式實作，每當Redis的服務器周期性操作redis.c/serverCron函式時，activeExpireCycle函式就會被呼叫，整個程序的偽碼描述如下：

# 默認每次檢查的資料庫數量
DEFAULT_DB_NUMBERS = 16

# 默認每個資料庫檢查的鍵數量
DEFAULT_KEY_NUMBERS = 20

# 全域變數，記錄檢查進度
current_db = 0

def activeExpireCycle():
    # 初始化要檢查資料庫的數量
    # 如果服務器的資料庫數量比DEFAULT_DB_NUMBERS 要小
    # 那么以服務器的資料庫數量為準
    if server.dbnum < DEFAULT_DB_NUMBERS:
            db_numbers = server.dbnum
    else:
            db_numbers = DEFAULT_DB_NUMBERS
    
    # 遍歷各個資料庫
    for i in range(db_numbers):
            # 如果current_db的值等于服務器的資料庫數量
            # 這表示檢查程式已經遍歷了服務器的所有資料庫一次
            # 將current_db重置為0，開始新的一輪遍歷
            if current_db == server.dbnum:
                    current_db = 0

            # 獲取當前要處理的資料庫
            redisDb = server.db[current_db]
            
            # 將資料庫索引增1，指向下一個要處理的資料庫
            current_db += 1

            # 檢查資料庫鍵
            for j in range(DEFAULT_KEY_NUMBERS):
                    # 如果資料庫中沒有一個鍵帶有過期時間，那么跳過這個資料庫
                    if redisDb.expires.size() == 0 : break
                    
                    # 隨機獲取一個帶有過期時間的鍵
                    key_with_ttl = redisDb.expires.get_random_key()

                    # 檢查鍵是否過期，如果過期就洗掉它
                    if is_expired(key_with_ttl):
                        delete_key(key_with_ttl)

                    # 已達到時間上限，停止處理
                    if reach_time_limit() : return

　　7 AOF、RDB和復制功能對過期鍵的處理

　　7.1 生成RDB檔案

　　在執行SAVE或BGSAVE命令創建一個新的RDB檔案時，程式會對資料庫中的鍵進行檢查，已過期的鍵不會被保存到新創建的RDB檔案中，

　　7.2 載入RDB檔案

　　在啟動Redis服務器時，如果服務器開啟了RDB功能，那么服務器會對RDB檔案進行載入：

• 如果服務器以主服務器模式運行，在載入RDB檔案時，程式會對檔案中保存的鍵進行檢查，只有未過期的鍵會被載入到資料庫中
• 如果服務器以從服務器運行，載入RDB檔案時，檔案中保存的所有鍵，無論過期與否都會被載入到資料庫中

　　7.3 AOF檔案寫入

　　當服務器以AOF持久化模式運行時，如果資料庫中的某個鍵已經過期，且被惰性洗掉或定期洗掉之后，程式會向AOF檔案追加一條DEL命令，顯式記錄該鍵已被洗掉，

　　7.4 AOF重寫

　　和生成RDB檔案時類似，在執行AOF重寫的程序中，程式會對資料庫中的鍵進行檢查，已過期的鍵不會被保存到重寫后的AOF檔案中

　　7.5 復制

　　當服務器運行在復制模式下時，從服務器的過期鍵洗掉動作由主服務器控制：

• 主服務器在洗掉一個過期鍵后，會顯式地向所有從服務器發送一個DEL命令，告知從服務器洗掉這個過期鍵
• 從服務器在執行客戶端發送的讀命令時，即使碰到過期鍵，也不會將過期鍵洗掉
• 從服務器只有在接到主服務器地DEL命令之后，才會洗掉過期鍵

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