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Redis程序解析深入了解存儲(chǔ)與處理（redis程序詳解）

Redis程序解析：深入了解存儲(chǔ)與處理

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Redis是一種基于鍵值對(duì)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，因其出色的性能和靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而備受開(kāi)發(fā)者們的歡迎。在使用Redis時(shí)，除了掌握基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作方式之外，還需要深入了解其存儲(chǔ)和處理機(jī)制，才能更好地利用Redis提高應(yīng)用程序性能。本文將從存儲(chǔ)和處理兩個(gè)方面，介紹Redis的程序?qū)崿F(xiàn)原理，并給出相關(guān)代碼示例。

一、存儲(chǔ)機(jī)制

Redis使用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)作為主要存儲(chǔ)介質(zhì)，因此具有出色的讀寫(xiě)性能。雖然內(nèi)存容量有限，但Redis通過(guò)基于磁盤(pán)的持久化機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)，并在Redis重啟或出現(xiàn)宕機(jī)等異常情況時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

1. 內(nèi)存存儲(chǔ)

Redis數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，因而訪問(wèn)速度非?？?。Redis支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，如字符串、哈希、列表、集合和有序集合等，每種類(lèi)型的數(shù)據(jù)都有不同的存儲(chǔ)方式。下面以字符串?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型為例：

“`shell

# 將鍵為hello，值為world的數(shù)據(jù)存入Redis

127.0.0.1:6379> set hello world

OK

# 獲取鍵為hello的數(shù)據(jù)

127.0.0.1:6379> get hello

“world”


Redis使用哈希表（hash table）來(lái)存儲(chǔ)所有的鍵值對(duì)，對(duì)于字符串類(lèi)型的鍵值對(duì)，其結(jié)構(gòu)如下圖：

![字符串類(lèi)型的鍵值對(duì)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)](https://img-blog.csdn.net/20180905180438744?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lvdXJfX3U2UGlU/cloudfont/yasuo,s_40)

2. 持久化機(jī)制

Redis使用兩種基于磁盤(pán)的持久化機(jī)制，以防止內(nèi)存中的數(shù)據(jù)在重啟或崩潰等異常情況下丟失。持久化機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到磁盤(pán)上，確保數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)镽edis進(jìn)程的異常退出而丟失。

(1) RDB持久化

RDB持久化是將Redis數(shù)據(jù)庫(kù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的狀態(tài)保存到磁盤(pán)文件中，通常在后臺(tái)進(jìn)行。當(dāng)Redis需要進(jìn)行快照備份或者恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用RDB持久化。

```shell
# 配置Redis進(jìn)行RDB持久化
save 60 1000 # 配置Redis每60秒自動(dòng)執(zhí)行一次save操作
save 300 10   # 配置Redis在一個(gè)5分鐘內(nèi)如果超過(guò)10個(gè)key被改變就執(zhí)行一次save操作

save命令將快照保存到磁盤(pán)文件中，bgsave命令則使用子進(jìn)程復(fù)制Redis內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，生成RDB文件，而不會(huì)對(duì)當(dāng)前進(jìn)程產(chǎn)生IO負(fù)載。

(2) AOF持久化

AOF持久化是將Redis執(zhí)行的所有寫(xiě)命令，記錄在日志文件中。當(dāng)Redis重啟時(shí)，可以通過(guò)重新執(zhí)行日志中的所有寫(xiě)命令，恢復(fù)數(shù)據(jù)。AOF持久化會(huì)把每個(gè)被執(zhí)行的寫(xiě)命令追加到日志文件的末尾，因而AOF文件會(huì)隨著寫(xiě)命令的不斷增加而增大。

“`shell

# 配置Redis進(jìn)行AOF持久化

appendonly yes

# 配置Redis執(zhí)行AOF重寫(xiě)

auto-aof-rewrite-percentage 100

auto-aof-rewrite-min-size 64mb


以上配置使Redis開(kāi)啟AOF持久化機(jī)制，并在AOF文件大小超過(guò)64MB，并且AOF文件大小增加比例超過(guò)100%時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行AOF重寫(xiě)（重新生成AOF文件）。

二、處理機(jī)制

Redis的數(shù)據(jù)處理機(jī)制是其高性能的關(guān)鍵之一，在Redis內(nèi)部，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是被存儲(chǔ)在特定的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的，使用C語(yǔ)言操作系統(tǒng)直接控制內(nèi)存，因此在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，可以達(dá)到非常高的速度。

1. Redis的事件機(jī)制

Redis是一個(gè)高效的I/O多路復(fù)用程序，使用epoll（Linux）、kqueue（FreeBSD）和event ports（Solaris）等系統(tǒng)調(diào)用。Redis使用I/O復(fù)用技術(shù)來(lái)管理客戶(hù)端連接，基本原理是將所有客戶(hù)端連接的套接字放入一個(gè)客戶(hù)端套接字?jǐn)?shù)組，然后使用select或poll等函數(shù)實(shí)現(xiàn)I/O復(fù)用操作。當(dāng)套接字?jǐn)?shù)組中某個(gè)文件描述符變?yōu)榭捎脮r(shí)，Redis會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

```c
// redis.h 文件中定義的事件循環(huán)結(jié)構(gòu)體
typedef struct aeEventLoop aeEventLoop;

// ae.h 文件中定義的事件循環(huán) API 處理函數(shù)
aeEventLoop *aeCreateEventLoop(int setsize);
void aeDeleteEventLoop(aeEventLoop *eventLoop);
int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask,
    aeFileProc *proc, void *clientData);
void aeDeleteFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask);
int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags);
void aeMn(aeEventLoop *eventLoop);
char *aeGetApiName(void);
void aeSetBeforeSleepProc(aeEventLoop *eventLoop, aeBeforeSleepProc *beforesleep);
void aeSetAfterSleepProc(aeEventLoop *eventLoop, aeBeforeSleepProc *aftersleep);

2. Redis的并發(fā)機(jī)制

在多客戶(hù)端并發(fā)訪問(wèn)的情況下，需要使用鎖和信號(hào)量等機(jī)制來(lái)保證Redis操作的原子性， 避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和沖突。Redis使用多路復(fù)用技術(shù)，將客戶(hù)端連接采用非阻塞模式，從而實(shí)現(xiàn)了多客戶(hù)端并發(fā)訪問(wèn)。

“`c

//redis.h 文件中定義的鎖結(jié)構(gòu)體

typedef struct redisDb {

dict *dict;

dict *expires;

dict *blocking_keys;

// 鎖對(duì)象

pthread_mutex_t mutex; /* Mutex for this DB */

} redisDb;


當(dāng)多個(gè)客戶(hù)端同時(shí)訪問(wèn)Redis服務(wù)器時(shí)，會(huì)引起競(jìng)爭(zhēng)沖突，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性。為此，Redis使用多個(gè)互斥鎖和條件變量，對(duì)并發(fā)訪問(wèn)進(jìn)行控制。線程安全是Redis的最基本要求之一，其核心源碼中的所有訪問(wèn)都是線程安全的，Redis內(nèi)部使用了大量的鎖和信號(hào)量。

本文的代碼示例可以幫助讀者更深入地理解Redis的存儲(chǔ)與處理機(jī)制，進(jìn)一步提高Redis的使用效率和API的開(kāi)發(fā)能力。作為一名好的程序員，不僅需要掌握基礎(chǔ)知識(shí)，更要關(guān)注底層的實(shí)現(xiàn)原理，不斷深入探索技術(shù)的邊界，不斷創(chuàng)新，為客戶(hù)創(chuàng)造更多的價(jià)值。

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