redis源码剖析（六）—— Redis 数据库、键过期的实现

数据库的实现

我们先看代码 server.h/redisServer

struct redisServer{
    ...

    //保存 db 的数组
    redisDb *db;
    
    //db 的数量
    int dbnum;
    ...
}

再看redisDb的代码：

typedef struct redisDb {
    dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    dict *blocking_keys;        /* Keys with clients waiting for data (BLPOP)*/
    dict *ready_keys;           /* Blocked keys that received a PUSH */
    dict *watched_keys;         /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
    int id;                     /* Database ID */
    long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
} redisDb;

总体来说redis的 server 包含若干个（默认16个） redisDb 数据库。

Redis 是一个 k-v 存储的键值对数据库。其中字典 dict 保存了数据库中的所有键值对，这个地方叫做 keyspace 直译过来就是“键空间”。

所以我们就可以这么认为，在 redisDb 中我们使用 dict（字典）来维护键空间。

keyspace 的 key 是数据库的 key，每一个key 是一个字符串对象。注意不是字符串，而是字符串对象。

keyspace 的 value 是数据库的 value，这个 value 可以是 redis 的，字符串对象，列表对象，哈希表对象，集合对象或者有序对象中的一种。

数据库读写操作

所以对于数据的增删改查，就是对 keyspace 这个大 map 的增删改查。

当我们执行：

redis SET mobile "13800000000"
实际上就是为 keyspace 增加了一个 key 是包含字符串“mobile”的字符串对象，value 为包含字符“13800000000”的字符串对象。

看图：

对于删改查，没啥好说的。类似java 的 map 操作，大多数程序员应该都能理解。

需要特别注意的是，再执行对键的读写操作的时候，Redis 还要做一些额外的维护动作：

• 维护 hit 和 miss 两个计数器。用于统计 Redis 的缓存命中率。
• 更新键的 LRU 时间，记录键的最后活跃时间。
• 如果在读取的时候发现键已经过期，Redis 先删除这个过期的键然后再执行余下操作。
• 如果有客户对这个键执行了 WATCH 操作，会把这个键标记为 dirty，让事务注意到这个键已经被改过。
• 没修改一次 dirty 会增加1。
• 如果服务器开启了数据库通知功能，键被修改之后，会按照配置发送通知。

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。

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。