你了解redis如何组织数据高效运行的吗？

大家好，我是热心的大肚皮，皮哥。

之前我们聊过string、list、hash、set、zset，并且自实现了动态字符串、双端链表、hash字典、压缩链表、跳跃链表等结构。那么redis是怎么组织这些数据结构高效的运行呢？

redis如何新增一个kv

redis的键值都是redisObject对象，在创建时会生成redisDb中一个键名和一个键值的redisObject对象。其中redisDb对象构成了redis的键空间。

键空间

redis是一个键值对(key-value pair)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，redisDb结构中dict字典保存了数据库中的所有键值对，我们将这个字典称为键空间(key space)。

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 *expires;
    // 实现列表阻塞原语，如 BLPOP
    dict *blocking_keys;
    dict *ready_keys;
    // 用于实现 WATCH 命令
    dict *watched_keys;
} redisDb;

redisObject

每一个redis中key的value都是下面的结构。

typedef struct redisObject {
    // 类型
    unsigned type:4;
    // 编码
    unsigned encoding:4;
    // 指向数据的指针
    void *ptr;
    // 记录对象最后一次被程序访问时间，用于计算空转时长(当前时间-lru)
    unsigned lru:22; /* lru time (relative to server.lruclock) */
    // 引用计数，用于内存回收
    int refcount;
} robj;

如图所示：

大家看到这里应该明白了吧，具体的添加如下图。

• 在键空间中根据hash算法查询新增加的key是否存在。
• 不存在则进行新增。

修改与删除区别不大，就不过多阐述了。

redis如何过期一个kv

过期字典

在键空间中，不单单有dict字典，还有个expires属性，这个expires字典记录着当前数据库的全部过期时间，也叫做过期字典：

• 过期字典的键是一个指针，指向某个对象。
• 过期字典的值是一个long类型的整数。

其中过期字典与正常的键都指向同一个对象，所以不存在空间浪费。

过期策略

我们推断一下过期策略可能有三种。

• 定时过期：在设置key时，同时创建一个定时器，在key过期的时候，执行key的删除操作。
• 惰性过期：在每次查询时，判断是否过期，过期则进行删除。
• 定期过期：每隔一段时间，对数据库进行检查，删除其中的过期key。

定时过期，在redis中创建大量的定时器，太消耗性能，而惰性过期，如果key不被访问，那么会浪费大量的内存，定期过期则会造成过期的数据也被访问到。为了解决上面的问题，redis采用惰性过期与定期过期一起使用。

惰性过期具体流程如下。

而定期过期由activeExpireCycle函数实现，每当serverCron函数执行时，activeExpireCycle函数会在规定时间内分多次遍历各个数据库，在过期字典里随机检查一部分key的过期时间并删除，

• 默认是每个库随机检查20个key，扫描时间上限25ms。
• 删除这个20个过期的key。
• 如果过期的比例超过4分之1，则重复删除。

工作小技巧

假设一个大型的redis集群中，大量的key同时过期了，会出现什么样的结果呢？之前皮哥接手了一个电商某模块的C端系统后，通过性能监控发现每天一个固定的时间，用到的redis的接口都会出现性能抖动，可用率降低。

经过分析发现，是在同一时间有大量的key过期，从而导致性能波动，那么为什么会出现这种原因呢？原因有二。

• redis在过期key的时候，会多次扫描过期字典，直到过期key变得稀疏后，才会停止。
• 内存管理器需要频繁回收内存页，会产生cpu消耗。

如果在过期时客户端请求过来，而客户端的超时时间设置的比较短，那么会出现大量的链接超时断开，业务会出现很多异常。所以一定要注意，解起来也比较简单，可以在过期时间上加个随机数来避免，这样也能让你的TL对你刮目相看呦。