《Redis设计与实现》- 数据库
1. 服务器中数据库结构
Redis 服务器将所有数据库都保存在服务器状态 redisServer 结构的 db 数组中，由 redisDb 结构代表一个数据库
struct redisServer {
// ...
// 一个数组，保存着服务器中的所有数据库
redisDb *db;
}
Redis 服务器默认会创建16个数据库，默认情况下，Redis客户端的目标数据库是0号数据库。
2. 切换数据库
SELECT 命令用来切换数据库
redis> SELECT 2
OK
redis[2]> //切换到了2号数据库
注意：
在执行Redis命令，特别是像FLUSHDB这样的危险命令之前，最好先执行一个SELECT命令，显示的切换到指定的数据库，然后在执行别的命名。
3. 数据库键空间
Redis是一个键值对数据库服务器，服务器中的每个数据库都由一个redisDb结构表示。其中，redisDb结构的dict字典保存了数据库中所有键值对，我们将这个字典称为键空间。
typedef struct redisDb {
// ...
// 数据库键空间，保存着数据库中所有的键值对
dict *dict;
} redisDb;
- 键空间的键也就是数据库的键，每个键都是一个字符串对象
- 键空间的值也就是数据库的值，每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序集合对象中的任意一种Redis对象。
4. 键过期
4.0 保存过期时间
reidsDb结构的expires字典保存了数据库中所有键的过期时间，我们称这个字典为过期字典：
- 过期字典的键是一个指针，这个指针指向键空间中的某个键对象（也即某个数据库键，不用再次创建相同的键对象，节省内存）
- 过期字典的值是一个 long long 类型的整数，这个整数保存了键所指向的数据库键的过期时间——一个毫秒精度的UNIX时间戳。
typedef struct redisDb {
// ...
// 过期字典，保存着键的过期时间
dict *expires；
// ...
} redisDb;
4.1 设置键过期命令
Redis有四个不同的命令用于设置键的生存时间或者过期时间
- EXPIRE <key> <ttl> 命令用于将键key的生存时间设置为ttl秒
- PEXPIRE <key> <ttl> 命令用于将键key的生存时间设置为ttl毫秒
- EXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的秒数时间戳
- PEXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的毫秒数时间戳
EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT 三个命令都是调用PEXPIREAT命令来实现的。
4.2 移除键过期命令
- PERSIST <key>命令用于移除键key的过期时间
redis>EXPIRE msg 1000 // 设置键msg1000秒后过期
1
redis>TTL msg
996
redis>PERSIST msg
1
redis>TTL msg
-1 // 返回值为-1，说明msg没有设定过期时间
4.3 计算并返回剩余生存时间
- TTL命令以秒为单位返回键的剩余生存时间
- PTTL命令以毫秒为单位返回键的剩余生存时间
4.4 过期键的删除策略
4.4.1三种不同的删除策略：
- 定时删除：在设置键过期时间的同时创建一个定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行键的删除操作
- 惰性删除：获取键时，执行删除操作
- 定期删除：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里边的过期键
4.4.2 三种删除策略比较
- 定时删除：对内存友好，通过定时器保证过期键尽快删除并释放内存；对CPU不友好，当过期键比较多时，占用大量CPU时间，影响redis服务器的响应时间和吞吐量
- 惰性删除：对CPU友好，程序只会在取出键时才会进行过期检查；对内存不友好，如果有大量过期键且这些过期键有不会用到的话，内存永远得不到释放，造成内存浪费，可以看做一种内存泄漏。
- 定期删除：是定时删除和惰性删除的一种折中，不过必须根据实际情况，合理设置删除操作的执行时长和执行频率
4.4.3 Redis选用的删除策略
Redis服务器使用惰性删除和定期删除两种策略相结合的方式，通过这种方式来合理使用CPU和避免浪费内存。
4.5 AOF、RDB和复制功能对过期键的处理
4.5.1 生成RDB文件
在执行SAVE或者BGSAVE命令生成一个新的RDB文件时，程序会对数据库中的键进行检查，已过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中，所以数据库中的过期键不会对新的RDB文件造成影响。
4.5.2 载入RDB文件
- 如果服务器以主服务器模式运行，那么载入RDB文件时，会对文件中保存的键进行检查，未过期的键不会被载入到数据库中
- 如果服务器以从服务器模式运行，那么载入RDB文件时，不论键过期与否，全部载入到数据库中
4.5.3 AOF文件写入
当服务器以AOF持久化模式运行时，如果数据库中的某个键已经过期，但还没有被删除，那么AOF文件写入不会因为这个键过期受到影响。
当键被惰性删除或者定期删除后，程序会向AOF文件追加一条 DEL 命令，来显式地记录该键已经被删除。
4.5.4 AOF 重写
在执行 AOF 重写时，已过期的键不会被保存到重写后的AOF文件中
4.5.5 复制
当服务器运行在复制模式下，从服务器的过期键删除动作由主服务器控制：
- 主服务器在删除一个键后，会显式的向所有从服务器发送一个 DEL 命令，告知从服务器删除这个过期键
- 从服务器在执行客户端发送的读命令时，即使碰到过期键也不会将过期键删除，而是继续像处理未过期的键一样来处理过期键
- 从服务器接收到主服务器发送来的DEL命令后，才会删除过期键
