如何理解Redis数据库、键过期的实现

如何理解Redis数据库和密钥过期的实现，相信很多没有经验的人都不知所措。因此，本文总结了出现问题的原因和解决方法，希望大家可以通过这篇文章来解决这个问题。

00-1010我们先来看看代码server . h/rediserver。

struct redisServer {

.

//保存数据库数组

redisDb * db

//db的数量

int dbnum

.

}再来看看redisDb的代码：

typedef结构redisDb {

dict * dict/*此数据库的键空间*/

dict *到期；/*设置了超时的按键超时*/

dict * blocking _ keys/*客户端等待数据的密钥(BLPOP)*/

dict * ready _ keys/*收到推送的被阻止的密钥*/

dict * watched _ keys/* MULTI/EXEC CAS的监视键*/

int id/*数据库标识*/

long long avg _ ttl/*平均TTL，仅用于统计数据*/

} redisDb一般来说，redis的服务器包含几个(默认为16个)redisDb数据库。

Redis是一个存储在K-V中的键值对数据库。字典字典字典保存数据库中的所有键值对。这个地方叫做键空间，字面意思是“键空间”。

所以我们可以这样想。在redisDb中，我们使用dict(字典)来维护键空间。

keyspace的Kay是数据库的键，每个键都是一个字符串对象。请注意，它不是字符串，而是字符串对象。

keyspace的值是数据库的值，可以是redis、string对象、list对象、hash表对象、collection对象或ordered对象中的一个。

数据库的实现

所以，数据的增加、删除、修改就是键空间的增加、删除、修改，一个大的映射。

当我们执行：

RedisSETmobile'13800000000 '实际上是给keyspace添加一个键，key space是一个包含字符串“mobile”的字符串对象，value是一个包含字符“13800000000”的字符串对象。

看图片：

删改没什么好说的。大多数程序员应该都能理解类似java的映射操作。

需要注意的是，在读写密钥时，Redis必须执行一些额外的维护操作：

保持命中和未命中计数器。用于统计Redis的缓存命中率。

更新钥匙的LRU时间，并记录钥匙的上次激活时间。

。

键的过期实现

Redis 作为缓存使用最主要的一个特性就是可以为键值对设置过期时间。就看看 Redis 是如果实现这一个最重要的特性的？

在 Redis 中与过期时间有关的命令

• EXPIRE 设置 key 的存活时间单位秒

• EXPIREAT 设置 key 的过期时间点单位秒

• PEXPIRE 设置 key 的存活时间单位毫秒

• PEXPIREAT 设置 key 的过期时间点单位毫秒

其实这些命令，底层的命令都是由 REXPIREAT 实现的。

在 redisDb 中使用了 dict *expires，来存储过期时间的。其中 key 指向了 keyspace 中的 key（c 语言中的指针）， value 是一个 long long 类型的时间戳，标定这个 key 过期的时间点，单位是毫秒。

如果我们为上文的 mobile 增加一个过期时间。

>redis PEXPIREAT mobile 1521469812000

这个时候就会在过期的 字典中增加一个键值对。如下图：

对于过期的判断逻辑就很简单：

1. 在 字典 expires 中 key 是否存在。

2. 如果 key 存在，value 的时间戳是否小于当前系统时间戳。

接下来就需要讨论一下过期的键的删除策略。

key的删除有三种策略：

1. 定时删除，Redis定时的删除内存里面所有过期的键值对，这样能够保证内存友好，过期的key都会被删除，但是如果key的数量很多，一次删除需要CPU运算，CPU不友好。

2. 惰性删除，只有 key 在被调用的时候才去检查键值对是否过期，但是会造成内存中存储大量的过期键值对，内存不友好，但是极大的减轻CPU 的负担。

3. 定时部分删除，Redis定时扫描过期键，但是只删除部分，至于删除多少键，根据当前 Redis 的状态决定。

这三种策略就是对时间和空间有不同的倾向。Redis为了平衡时间和空间，采用了后两种策略 惰性删除和定时部分删除。

惰性删除比较简单，不做过多介绍。主要讨论一下定时部分删除。

过期键的定时删除的策略由 expire.c/activeExpireCycle() 函数实现，server.c/serverCron() 定时的调用 activieExpireCycle() 。

activeExpireCycle 的大的操作原则是，如果过期的key比较少，则删除key的数量也比较保守，如果，过期的键多，删除key的策略就会很激进。

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. */

• 首先三个 static 全局参数分别记录目前遍历的 db下标，上一次删除是否是超时退出的，上一次快速操作是什么时候进行的。

• 计算 timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100; 可以理解为 25% 的 cpu 时间。

• 如果 db 中 expire 的大小为0 不操作

• expire 占总 key 小于 1% 不操作

• num = dictSize(db->expires)；num 是 expire 使用的key的数量。

• slots = dictSlots(db->expires); slots 是 expire 字典的尺寸大小。

• 已使用的key（num） 大于 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP 则设置为 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP。也就是说每次只检查 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP 个键。

• 随机获取带过期的 key。计算是否过期，如果过期就删除。

• 然后各种统计，包括删除键的次数，平均过期时间。

• 每遍历十六次，计算操作时间，如果超过 timelimit 结束返回。

• 如果删除的过期键大于 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP 的 1\4 就跳出循环，结束。

步骤比较复杂，总结一下：（这里都是以默认配置描述）

1. redis 会用最多 25% 的 cpu 时间处理键的过期。

2. 遍历所有的 redisDb

3. 在每个 redisDb 中如果数据中没有过期键或者过期键比例过低就直接进入下一个 redisDb。

4. 否则，遍历 redisDb 中的过期键，如果删除的键达到有过期时间的的key 的25% ，或者操作时间大于 cpu 时间的 25% 就结束当前循环，进入下一个redisDb。

看完上述内容，你们掌握如何理解Redis数据库、键过期的实现的方法了吗？如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容，欢迎关注行业资讯频道，感谢各位的阅读！