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Redis是一個(gè)高性能的開(kāi)源NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，使用C語(yǔ)言編寫。作為一種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，Redis是非?？焖俸挽`活的，可以處理大規(guī)模數(shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)用于實(shí)時(shí)應(yīng)用程序和緩存。其中，Redis源碼是非常復(fù)雜的，要理解它的內(nèi)容需要很多的時(shí)間和耐心。本文將分析Redis源碼，從技術(shù)背后的原理解析Redis的工作原理。
Redis的內(nèi)存結(jié)構(gòu)
Redis的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是以C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，由多個(gè)結(jié)構(gòu)體組成。其中，每個(gè)鍵值對(duì)都以redisObject結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，同時(shí)每個(gè)Key都由redisDb結(jié)構(gòu)維護(hù)。Redis的數(shù)據(jù)庫(kù)可以包含多個(gè)redisDb結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)redisDb結(jié)構(gòu)都含有一個(gè)Redis字典。Redis字典的實(shí)現(xiàn)是基于哈希表，它的查找和插入時(shí)間都是O(1)。以下是RedisDb和RedisObject結(jié)構(gòu)的定義：
“`c
/* Redis對(duì)象 */
typedef struct redisObject {
unsigned type:4;
unsigned encoding:4;
unsigned lru:LRU_BITS; /* LRU 時(shí)間 */
int refcount;
void *ptr;
} robj;
/* Redis數(shù)據(jù)庫(kù) */
typedef struct redisDb {
dict *dict; /* Redis字典 */
dict *expires; /* 設(shè)置過(guò)期時(shí)間的鍵值對(duì)集合 */
dict *blocking_keys; /* 正在等待阻塞鍵的客戶端列表 */
dict *ready_keys; /* 可以通過(guò)list等待阻塞鍵時(shí)間的客戶端列表 */
dict *watched_keys; /* 監(jiān)視鍵集合 */
int id; /* 數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào) */
long long avg_ttl; /* 平均存活時(shí)間 */
} redisDb;
Redis的命令解析
Redis的命令解析是Redis運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)因?yàn)镽edis能夠快速響應(yīng)客戶請(qǐng)求而得益于其快速的命令解析。Redis的客戶端和服務(wù)器之間以協(xié)議通信，解析操作都是基于字符串的分析操作。以下是Redis協(xié)議的一部分：
```text
* [\r\n]
$ [\r\n]
[\r\n]
其中，第一行表示參數(shù)的數(shù)量。在執(zhí)行Redis命令時(shí)，將不同的參數(shù)傳遞給Redis服務(wù)器。在傳遞參數(shù)時(shí)，每個(gè)參數(shù)都采用Redis字符串類型傳遞。在Redis內(nèi)部，該字符串被解析并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的命令。
為了解析命令，Redis服務(wù)器使用了輸入緩沖區(qū)、偽客戶端以及Redis命令表。下面是Redis偽客戶端的定義：
“`c
/* Redis偽客戶端 */
typedef struct client {
int fd; /* 客戶端的ID */
redisDb *db; /* 客戶端正在使用的數(shù)據(jù)庫(kù)指針 */
robj *name; /* 用于保存客戶端名稱的對(duì)象 */
struct buf buf; /* 輸入緩沖區(qū) */
struct buf reply; /* 輸出緩沖區(qū) */
int flags; /* 客戶端標(biāo)識(shí)位 */
int argc; /* 參數(shù)數(shù)量 */
robj **argv; /* 參數(shù)數(shù)組 */
struct redisCommand *cmd; /* 當(dāng)前執(zhí)行的命令 */
} client;
以上是Redis解析命令的基礎(chǔ)，并且當(dāng)Redis客戶端與Redis服務(wù)器通信時(shí)，Redis服務(wù)器會(huì)在后臺(tái)解析客戶端傳入的命令。
Redis的數(shù)據(jù)持久化
Redis的數(shù)據(jù)持久化是Redis架構(gòu)中重要的一部分。Redis提供了兩種不同的數(shù)據(jù)持久化機(jī)制：
1.快照持久化：將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入硬盤中，該機(jī)制節(jié)點(diǎn)保存了整個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)的副本。當(dāng)Redis重啟時(shí)，可以將該副本恢復(fù)到內(nèi)存中。此時(shí)Redis會(huì)將存放在內(nèi)存中的快照寫入到一個(gè)RDB文件中，并在恢復(fù)時(shí)讀取該文件。
2.增量持久化：將內(nèi)存中發(fā)生變化的數(shù)據(jù)寫入硬盤中，該機(jī)制節(jié)點(diǎn)保存了內(nèi)存中數(shù)據(jù)變化的增量更新信息。Redis使用AOF持久化，AOF日志包含了在執(zhí)行Redis命令時(shí)所發(fā)生的每個(gè)事件。恢復(fù)時(shí)，Redis會(huì)執(zhí)行這些事件，使數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。
Redis的并發(fā)處理
Redis是多線程的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此，Redis可以同時(shí)處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求，并支持多個(gè)客戶端同時(shí)訪問(wèn)。在Redis的并發(fā)模型中，Redis通過(guò)進(jìn)行分層鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)并發(fā)處理。Redis在協(xié)議級(jí)別上完成請(qǐng)求響應(yīng)，在每個(gè)客戶端接收到請(qǐng)求之后，將Redis客戶端轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部Redis服務(wù)器。Redis在這個(gè)階段使用單個(gè)線程來(lái)處理所有的客戶請(qǐng)求。
Redis遵循I/O多路復(fù)用模型，同時(shí)維護(hù)多個(gè)客戶端連接。Redis事件驅(qū)動(dòng)I/O底層庫(kù)是多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)的，在內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)事件循環(huán)，同時(shí)根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建事件。使用此模型，它可以同時(shí)處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求，并在Redis客戶端之間進(jìn)行調(diào)度。在處理客戶端時(shí)，Redis可以同時(shí)讀取和寫入多個(gè)套接字，減少系統(tǒng)開(kāi)銷，并避免在并發(fā)性較高的情況下出現(xiàn)阻塞。
總結(jié)
本文通過(guò)Redis的內(nèi)存結(jié)構(gòu)、命令解析、數(shù)據(jù)持久化和并發(fā)處理四個(gè)方面進(jìn)行了介紹，并且解釋了Redis后臺(tái)工作的原理。當(dāng)然，Redis的源碼還有很多其他的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，如無(wú)鎖式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)存分配器等等。學(xué)習(xí)Redis源碼可以幫助我們更深入地理解Redis的原理，同時(shí)也可以有效提升我們的技術(shù)能力，逐步成為一個(gè)更好的程序員。
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