前言

只有光头才能变强

今天继续来学习Redis，上一篇从零单排学Redis【青铜】已经将Redis常用的数据结构过了一遍了。如果还没看的同学可以先去看一遍再回来~

这篇主要讲的内容有：

• Redis服务器的数据库
• Redis对过期键的处理
• Redis持久化策略(RDB和AOF)

本文力求简单讲清每个知识点，希望大家看完能有所收获

一、Redis服务器中的数据库

我们应该都用过MySQL，MySQL我们可以在里边创建好几个库：

                                              MySQL创建几个数据库

同样地，Redis服务器中也有数据库这么一个概念。如果不指定具体的数量，默认会有16个数据库。

                                通过SELECT命令可以切换到0~15的数据库

上面的命令我们也可以发现：当切换到15号数据库，存进15号库的数据，再切换到0号数据库时，是获取不到的！

• 这说明，数据库与数据库之间的数据是隔离的。

1.1Redis数据库的原理

Redis服务器用redisServer结构体来表示，其中redisDb是一个数组，用来保存所有的数据库，dbnum代表数据库的数量(这个可以配置，默认是16)

struct redisServer{  
    //redisDb数组,表示服务器中所有的数据库
    redisDb *db;  
    //服务器中数据库的数量
    int dbnum;  
};

我们知道Redis是C/S结构，Redis客户端通过redisClient结构体来表示：

typedef struct redisClient{  
    //客户端当前所选数据库
    redisDb *db;  
}redisClient;

Redis客户端连接Redis服务端时的示例图：

                               Redis客户端连接Redis服务端时的示例图

Redis中对每个数据库用redisDb结构体来表示：

typedef struct redisDb { 
    int id;         // 数据库ID标识
    dict *dict;     // 键空间，存放着所有的键值对              
    dict *expires;  // 过期哈希表，保存着键的过期时间                          
    dict *watched_keys; // 被watch命令监控的key和相应client    
    long long avg_ttl;  // 数据库内所有键的平均TTL（生存时间）     
} redisDb;

从代码上我们可以发现最重要的应该是dict *dict，它用来存放着所有的键值对。对于dict数据结构(哈希表)我们在上一篇也已经详细说了。一般我们将存储所有键值对的dict称为键空间。

键空间示意图：

                                             键空间示意图

Redis的数据库就是使用字典(哈希表)来作为底层实现的，对数据库的增删改查都是构建在字典(哈希表)的操作之上的。

例如：

redis > GET message
"hello world"

                                             查找键的示意图

1.2键的过期时间

Redis是基于内存，内存是比较昂贵的，容量肯定比不上硬盘的。就我们现在一台普通的机子，可能就8G内存，但硬盘随随便便都1T了。

因为我们的内存是有限的。所以我们会干掉不常用的数据，保留常用的数据。这就需要我们设置一下键的过期(生存)时间了。

• 设置键的生存时间可以通过EXPIRE或者PEXPIRE命令。
• 设置键的过期时间可以通过EXPIREAT或者PEXPIREAT命令。

其实EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT这三个命令都是通过PEXPIREAT命令来实现的。

我们在redisDb结构体中还发现了dict *expires;属性，存放所有键过期的时间。

举个例子基本就可以理解了：

redis > PEXPIREAT message 1391234400000
(integer) 1

设置了message键的过期时间为1391234400000

                                   新增一个过期时间的键

既然有设置过期(生存)时间的命令，那肯定也有移除过期时间，查看剩余生存时间的命令了：

• PERSIST(移除过期时间)
• TTL(Time To Live)返回剩余生存时间，以秒为单位
• PTTL以毫秒为单位返回键的剩余生存时间

1.2.1过期策略

上面我们已经能够了解到：过期键是保存在哈希表中了。那这些过期键到了过期的时间，就会立马被删除掉吗？？

要回答上面的问题，需要我们了解一下删除策略的知识，删除策略可分为三种

• 定时删除(对内存友好，对CPU不友好)

• 到时间点上就把所有过期的键删除了。

• 惰性删除(对CPU极度友好，对内存极度不友好)

• 每次从键空间取键的时候，判断一下该键是否过期了，如果过期了就删除。

• 定期删除(折中)

• 每隔一段时间去删除过期键，限制删除的执行时长和频率。

Redis采用的是惰性删除+定期删除两种策略，所以说，在Redis里边如果过期键到了过期的时间了，未必被立马删除的！

1.2.2内存淘汰机制

如果定期删除漏掉了很多过期key，也没及时去查(没走惰性删除)，大量过期key堆积在内存里，导致redis内存块耗尽了，咋整？

我们可以设置内存最大使用量，当内存使用量超出时，会施行数据淘汰策略。

Redis的内存淘汰机制有以下几种：

                                       内存淘汰机制

一般场景：

使用 Redis 缓存数据时，为了提高缓存命中率，需要保证缓存数据都是热点数据。可以将内存最大使用量设置为热点数据占用的内存量，然后启用allkeys-lru淘汰策略，将最近最少使用的数据淘汰

二、Redis持久化

Redis是基于内存的，如果不想办法将数据保存在硬盘上，一旦Redis重启(退出/故障)，内存的数据将会全部丢失。

• 我们肯定不想Redis里头的数据由于某些故障全部丢失(导致所有请求都走MySQL)，即便发生了故障也希望可以将Redis原有的数据恢复过来，这就是持久化的作用。

Redis提供了两种不同的持久化方法来讲数据存储到硬盘里边：

• RDB(基于快照)，将某一时刻的所有数据保存到一个RDB文件中。
• AOF(append-only-file)，当Redis服务器执行写命令的时候，将执行的写命令保存到AOF文件中。

2.1RDB(快照持久化)

RDB持久化可以手动执行，也可以根据服务器配置定期执行。RDB持久化所生成的RDB文件是一个经过压缩的二进制文件，Redis可以通过这个文件还原数据库的数据。

                                            RDB文件还原数据

有两个命令可以生成RDB文件：

• SAVE会阻塞Redis服务器进程，服务器不能接收任何请求，直到RDB文件创建完毕为止。
• BGSAVE创建出一个子进程，由子进程来负责创建RDB文件，服务器进程可以继续接收请求。

Redis服务器在启动的时候，如果发现有RDB文件，就会自动载入RDB文件(不需要人工干预)

• 服务器在载入RDB文件期间，会处于阻塞状态，直到载入工作完成。

除了手动调用SAVE或者BGSAVE命令生成RDB文件之外，我们可以使用配置的方式来定期执行：

在默认的配置下，如果以下的条件被触发，就会执行BGSAVE命令

save 900 1              #在900秒(15分钟)之后，至少有1个key发生变化，
    save 300 10            #在300秒(5分钟)之后，至少有10个key发生变化
    save 60 10000        #在60秒(1分钟)之后，至少有10000个key发生变化

原理大概就是这样子的(结合上面的配置来看)：

struct redisServer{
    // 修改计数器
    long long dirty;
    // 上一次执行保存的时间
    time_t lastsave;
    // 参数的配置
    struct saveparam *saveparams;
};

遍历参数数组，判断修改次数和时间是否符合，如果符合则调用besave()来生成RDB文件

                                              Redis服务器的状态

总结：通过手动调用SAVE或者BGSAVE命令或者配置条件触发，将数据库某一时刻的数据快照，生成RDB文件实现持久化。