【本文详细介绍了非关系型数据库Redis的内部运作机制，欢迎读者朋友们阅读、转发和收藏！】

1 基本概念

redis 最底层的模块，包含了如下部分，构成 redis 的内部运作机制。

（ 1 ） Redis 表示一个数据库的方式以及实现数据库操作的方式。

（ 2 ） Redis 进行持久化方式， RDB 模式和 AOF 模式的区别。

（ 3 ） Redis 处理输入与输出的方式。

（ 4 ） Redis 服务器初始化方式。

1.1 数据库

数据库主要由 dict 和 expires 两个字典构成，其中 dict 保存键值对，而 expires 则保存键的过期时间。

? 数据库的键总是一个字符串对象，而值可以是任意一种 Redis 数据类型，包括字符串、哈希、集合、列表和有序集。

? expires 的某个键和 dict 的某个键共同指向同一个字符串对象，而 expires 键的值则是该键以毫秒计算的 UNIX 过期时间戳。

? Redis 使用惰性删除和定期删除两种策略来删除过期的键。

? 更新后的 RDB 文件和重写后的 AOF 文件都不会保留已经过期的键。

? 当一个过期键被删除之后，程序会追加一条新的 DEL 命令到现有 AOF 文件末尾。

? 当主节点删除一个过期键之后，它会显式地发送一条 DEL 命令到所有附属节点。

? 附属节点即使发现过期键，也不会自作主张地删除它，而是等待主节点发来 DEL 命令，这样可以保证主节点和附属节点的数据总是一致的。

? 数据库的 dict 字典和 expires 字典的扩展策略和普通字典一样。它们的收缩策略是：当节点的填充百分比不足 10% 时，将可用节点数量减少至大于等于当前已用节点数量。

数据库结构：

typedef struct redisDb {
// 保存着数据库以整数表示的号码
int id;
// 保存着数据库中的所有键值对数据
// 这个属性也被称为键空间（ key space ）
dict *dict;
// 保存着键的过期信息
dict *ready_keys;
// 用于实现 WATCH 命令
dict *watched_keys;
} redisDb;

1.2 RDB

在运行情况下， Redis 以数据结构的形式将数据维持在内存中，为了让这些数据在 Redis 重启之后仍然可用， Redis 分别提供了 RDB 和 AOF 两种持久化模式。

在 Redis 运行时， RDB 程序将当前内存中的数据库快照保存到磁盘文件中，在 Redis 重启动时， RDB 程序可以通过载入 RDB 文件来还原数据库的状态。

RDB 功能最核心的是 rdbSave 和 rdbLoad 两个函数，前者用于生成 RDB 文件到磁盘，而后者则用于将 RDB 文件中的数据重新载入到内存中：

? rdbSave 会将数据库数据保存到 RDB 文件，并在保存完成之前阻塞调用者。

? SAVE 命令直接调用 rdbSave ，阻塞 Redis 主进程； BGSAVE 用子进程调用 rdbSave ，主进程仍可继续处理命令请求。

? SAVE 执行期间， AOF 写入可以在后台线程进行， BGREWRITEAOF 可以在子进程进行，所以这三种操作可以同时进行。

? 为了避免产生竞争条件， BGSAVE 执行时， SAVE 命令不能执行。

? 为了避免性能问题， BGSAVE 和 BGREWRITEAOF 不能同时执行。

? 调用 rdbLoad 函数载入 RDB 文件时，不能进行任何和数据库相关的操作，不过订阅与发布方面的命令可以正常执行，因为它们和数据库不相关联。

? RDB 文件的组织方式如下：

+-------+-------------+-----------+-----------------+-----+-----------+

| REDIS | RDB-VERSION | SELECT-DB | KEY-VALUE-PAIRS | EOF | CHECK-SUM |

+-------+-------------+-----------+-----------------+-----+-----------+

|<-------- DB-DATA ---------->|

? 键值对在 RDB 文件中的组织方式如下：

+----------------------+---------------+-----+-------+

| OPTIONAL-EXPIRE-TIME | TYPE-OF-VALUE | KEY | VALUE |

+----------------------+---------------+-----+-------+

RDB 文件使用不同的格式来保存不同类型的值。

1.3 AOF

? AOF 文件通过保存所有修改数据库的命令来记录数据库的状态。

? AOF 文件中的所有命令都以 Redis 通讯协议的格式保存。

? 不同的 AOF 保存模式对数据的安全性、以及 Redis 的性能有很大的影响。

? AOF 重写的目的是用更小的体积来保存数据库状态，整个重写过程基本上不影响 Redis 主进程处理命令请求。

? AOF 重写是一个有歧义的名字，实际的重写工作是针对数据库的当前值来进行的，程序既不读写、也不使用原有的 AOF 文件。

? AOF 可以由用户手动触发，也可以由服务器自动触发。

1.4 事件

事件是 Redis 服务器的核心，它处理两项重要的任务：

(1) 处理文件事件：在多个客户端中实现多路复用，接受它们发来的命令请求，并将命令的执行结果返回给客户端。

(2) 时间事件：实现服务器常规操作（ servercronjob ）。

? 文件事件分为读事件和写事件两类：读事件实现了命令请求的接收，写事件实现了命令结果的返回。

? 时间事件分为单次执行事件和循环执行事件，服务器常规操作 serverCron 就是循环事件。

? 文件事件和时间事件之间是合作关系：一种事件会等待另一种事件完成之后再执行，不会出现抢占情况。

? 时间事件的实际执行时间通常会比预定时间晚一些。

1.5 服务端与客户端

服务器经过初始化之后，才能开始接受命令。

? 服务器初始化可以分为六个步骤：

1. 初始化服务器全局状态。

2. 载入配置文件。

3. 创建 daemon 进程。

4. 初始化服务器功能模块。

5. 载入数据。

6. 开始事件循环。

? 服务器为每个已连接的客户端维持一个客户端结构，这个结构保存了这个客户端的所有状态信息。

? 客户端向服务器发送命令，服务器接受命令然后将命令传给命令执行器，执行器执行给定命令的实现函数，执行完成之后，将结果保存在缓存，最后回传给客户端。