前言
1. 二進制位陣列
- 1.1 位陣列的表示
- 1.2 GETBIT 命令的實作
- 1.3 SETBIT 命令的實作
- 1.4 BITECOUNT 命令的實作
- 1.5 BITOP 命令的實作
2. 慢查詢日志
- 2.1 慢查詢記錄的保存
- 2.2 慢查詢日志的閱覽與洗掉
- 2.3 添加新日志
3. 監視器
最后

前言

參考資料：《Redis設計與實作第二版》；

第三部分為獨立功能的實作，主要由以下模塊組成：發布訂閱、事務、Lua 腳本、排序、二進制位陣列、慢查詢日志、監視器；

本篇將介紹 Redis 的二進制位陣列、慢查詢日志和監視器，Redis 提供了一些命令操作二進制位陣列；通過 SLOWLOG 相關命令可以對慢查詢日志進行操作；通過 MONITOR 命令可以進入監視器模式；

與本章相關的 Redis 命令總結在下篇文章，歡迎點擊收藏，本篇將不再重復：

《Redis常用命令及示例總結（API）》：https://blog.csdn.net/dlhjw1412/article/details/119713214

1. 二進制位陣列

1.1 位陣列的表示

Redis 使用字串物件來表示位陣列，因為字串物件使用的 SDS 是二進制安全的；
使用逆序保存位陣列，下圖實際為：1111 0000 1100 0011 1010 0101；
- 使用逆序保存位陣列，可以直接在新擴展的二進制位中完成，不必改動位陣列原來已有的二進制位；

三位元組長的 SDS 位陣列

1.2 GETBIT 命令的實作

GETBIT key offset 命令；
1）計算 byte=offset / 8；byte 值表示位陣列的哪個位元組；
2）計算 bit=(offset mod 8)+1；bit 值表示在 byte 下標位元組的第幾個二進制位；
3）根據 byte 和 bit 的值定位 offfset 偏移量指定的二進制位；
4）向客戶端回傳二進制位的值；

GETBIT 命令示例

1.3 SETBIT 命令的實作

SETBIT key offset value 命令；
1）計算 len=offset/8+1；len 值表示 offset 指定的二進制位至少需要多少位元組；
2）根據 len 值進行擴展新空間，如果原位陣列長度夠則不擴展；
3）計算 byte=offset/8；byte 值表示位陣列的哪個位元組；
4）計算 bit=(offset mod 8)+1；bit 值表示在 byte 下標位元組的第幾個二進制位；
5）根據 byte 和 bit 的值定位 offfset 偏移量指定的二進制位 oldvalue，并修改；
6）向客戶端回傳二進制位 oldvalue 的值；
無擴展操作的 SETBIT 命令示例如下：
帶擴展操作的 SETBIT 命令示例如下：

1.4 BITECOUNT 命令的實作

遍歷演算法：
- 遍歷位陣列中的每個二進制位，遇到 1 時將計數器值贈 1；
- 實作簡單，效率低；
查表法：
- 對于長度有限的位陣列而言，能表示的二進制位有限，而每種排列順序的 1 的個數是確定的；
- 查表法是典型的空間換時間策略，節約時間越多，花費記憶體越大
- 受 CPU 快取限制：創建表越大，能加載進快取的內容越少，快取不命中的情況越高，快取的換入換出操作就越頻繁，最終影響實際效率；

variable-precision SWAR 演算法：

又稱：計算漢明重量法；

一個處理 32 位長度位數的演算法示例：

uint32_t swar(unit32_t i){
    //步驟1：按每2個二進制位為一組分組，各組的十進制為漢明重量
    i = (i & 0x55555555) + ((i >> 1) & 0x55555555);
    //步驟2：按每4個二進制位為一組分組，各組的十進制為漢明重量
    i = (i & 0x33333333) + ((i >> 2) & 0x33333333);
    //步驟3：按每8個二進制位為一組分組，各組的十進制為漢明重量
    i = (i & 0x0F0F0F0F) + ((i >> 4) & 0x0F0F0F0F);
    //步驟4
    i = (i*(0x01010101) >> 24);
    return i;
}

一個示例如下：

在這里插入圖片描述
漢明重量示例

Redis 的實作：
- BITCOUNT 命令使用查表法和 variable-precision SWAR 法兩種；
  - 查表法：使用鍵長為 8 位的表，記錄 0000 0000 到 1111 1111 在內的二進制位的漢明重量；
  - variable-precision SWAR 法：每次回圈中載入 128 個二進制位，呼叫 4 次 32 位的variable-precision SWAR 法計算 128 位二進制位的漢明重量；
- 程式根據未處理的二進制位的數量決定使用哪種演算法：
  - 未處理二進制位大于等于 128 位：variable-precision SWAR 法；
  - 未處理二進制位小于 128 位：查表法；
演算法的時間復雜度為：O(n)，n 為輸入二進制位的數量；

1.5 BITOP 命令的實作

BITOP 命令的所有操作都是使用 C 語言內置的位操作來實作的；

BITOP 命令 C語言操作說明

BITOP AND & 邏輯與

BITOP OR | 邏輯或

BITOP XOR ^ 邏輯異或

BITOP NOT ~ 邏輯非

BITOP 命令	C語言操作	說明
BITOP AND	&	邏輯與
BITOP OR	\|	邏輯或
BITOP XOR	^	邏輯異或
BITOP NOT	~	邏輯非

2. 慢查詢日志

Redis 的慢查詢日志功能用于記錄執行時間超過給定時長的命令請求，用戶可以通過這個功能產生的例子來監視和優化查詢速度；
服務器配置有兩個和慢查詢日志相關的選項：
- slowlog-log-slower-than 選項：指定執行時間超過多少毫秒的命令請求會被記錄到日志上；
- slowlog-max-len 選項：指定服務器最多保存多少條慢查詢日志，采用先進先出的方式；
使用 SLOWLOG 相關命令可以操作慢查詢日志；

2.1 慢查詢記錄的保存

服務器狀態中包含與慢查詢日志功能相關的屬性：

struct redisServer{
    //...
    // 下一條慢查詢日志的 ID
    long long slowlog_entry_id;
    // 保存了所有慢查詢日志的鏈表
    list *slowlog;
    // 服務器配置 slow_log_slower_than 選項的值
    long long slow_log_slower_than;
    // 服務器配置 slowlog_max_len 選項的值
    unsigned long slowlog_max_len;
};

慢查詢邏輯圖

slowlog 鏈表結構如下：

typedef struct slowlogEntry{
    // 唯一識別符號
    long long id;
    // 命令執行時的時間，格式為 UNIX 時間戳
    time_t time;
    // 執行命令消耗的時間，以微秒為單位
    long long duration;
    // 命令與命令引數
    robj **argv;
    // 命令與命令引數的數量
    int argc;
} slowlogEntry;

慢查詢鏈表示例