主要内容

1.服务器保存数据库的方法

2.客户端切换数据库的方法

3.数据库保存键值对的方法

4.针对数据库保存增、删、改、岔操作的实现方法。

5.服务器保存键的过期时间的方法

6.服务器自动删除过期键的方法

9.1 数据库中的服务器

Redis服务器将所有数据库都保存着在服务器状态Redis server结构的db数组中，db数组的每一项都是一个redisDb结构，每个redisDb结构代表一个数据库。在初始化服务区时，程序会根据服务器状态的dbnum属性决定创建多少个数据库。默认情况下，该值为16，所以Redis服务器默认会创建16个数据库。

9.2 切换数据库

默认情况下目标数据库为0号数据库，但客户端可以通过执行SELECT命令来切换目标数据库。

在服务器内部，客户端状态redisClient结构的db属性记录了客户端当前的目标数据库，这个属性是一个指向redisDb结构的指针。redisClient.db指针指向redisServer.db数组中的其中一个元素，而被指向的元素就是客户端的目标数据库。

9.3 数据库键空间

Redis是一个键值对数据库服务器，其中redisDb结构的dict字典保存了数据库中所有键值对，将这个字典称为键空间。

键空间和用户所见的数据库是直接对应的：

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

键空间的值也是数据库的值，每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象中的任意一种redis对象。

9.3.1 添加键

添加一个新键值到数据库，实际上是添加一个新键值对到字典里面

9.3.2 删除键

删除一个新键值到数据库，实际上是在字典空间里面删除所对应的键值对对象

9.3.3 更新键

对一个数据库键进行更新，实际上就是对键空间里面所对应的值进行更。

9.3.4 对键取值

对一个数据库键进行取值，实际上就是在键空间中取出键所对应的值对象

9.3.5 其他键空间操作

还有很多针对数据库本身的redis命令，也是通过对键空间进行处理来完成的。

9.3.6 读写键空间时的维护操作

在读取一个键之后，服务器会根据根据键是否存在，来更新服务器的键空间命中（hit——次数或键空间不命中（miss）次数。

在读取一个键之后，服务器会更新键的LRU（最后一次使用）时间，这个值可以用来计算键的闲置时间。

如果服务器在读取一个键时，发现该键已经过期，那么服务器会先删除这个过期的键，然后再执行其他操作。

如果客户端使用WATCH命令监视了某个键，那么服务器会在被键值的键修改之后，将这个键标记为脏，从而让事务程序注意到这个键被修改过。

服务器每次修改一个键之后，都会对脏键计数器的值增1，这个计数器会触发服务器的持久化以及复制操作。

如果服务器开启了数据库的通知功能，那么在对键进行修改之后，服务器将按配置发送相应的数据库通知。

9.4 设置键的生存时间或过期时间

通过EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客户端可以以秒或毫秒精度为数据库的某个键设置生存时间（TTL），在经过指定的秒数或者毫秒数后，服务器就会删除生存时间为0的键。

SETEX命令可以在设置一个字符串键的同时为键设置过期时间，这个命令只适用于字符串键

客户端可以通过EXPIREAT或者PEXPIREAT命令，以秒或者毫秒精度给数据库中的某个键设置过期时间

TTL命令和PTTL命令接受一个带有生存时间或者过期时间的键，返回这个键的剩余生存时间。

9.4.1 设置过期时间

Redis有四个命令可以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的生存周期设置为ttl秒

PEXPIRE<key><ttl>命令用于将键key的生存周期设置为ttl毫秒

EXPIREAT<key><timestamp>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>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三个命令都是通过PEXPIREAT命令实现的。

9.4.2 保存过期时间

redisDb结构中的expires字典保存了所有数据库的过期时间，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（即某个数据库键）

过期字典的值是一个longlong类型的整数，这个整数保存了键所指向数据库键的过期时间——一个毫秒精度的Unix时间戳

9.4.3 移除过期时间

PERSIST命令可以移除一个键的过期时间，就是PEXPIREAT的反命令，PEXPIREAT命令在过期字典中查找相应的键，并解除键和值（过期时间）在过期字典中的关联。

9.4.4 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剩余生存时间

TTL和PTTL命令都是通过计算键的过期的时间和当前时间的差来实现的

9.4.5 过期键的判定

通过过期字典，检查键是否过期的操作：

1.检查给定的键是否存在于过期字典，如果存在，取得键的过期时间

2.检查当前Unix时间戳是否大于键的过期时间，如果大于键的过期时间，说明键以过期，否则，键未过期

另一种判定过期键的方法是TTL命令和PTTL命令，如果TTL命令返回值大于等于0，说明键未过期。

9.5 过期键的删除策略

三种删除策略：

1.定时删除（主动删除策略）：设置键的过程时间设置定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行键的删除操作。

2.惰性删除（被动删除策略）：放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都要检查键是否过期，如果过期的话就删除该键，否则就返回键。

3.定期删除（主动删除策略）：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。

9.5.1定时删除

优点：对内存是最友好，通过定时器，定时删除策略可以保证过期键能尽可能快的被删除，并释放过期内存。

缺点：对CPU时间是最不友好的：在过期键比较多的情况下，删除过期键这一行为可能会占用相当多的CPU时间，在内存不紧张，CPU时间非常紧张的情况下，将CPU时间用在删除和任务无关的过期键上，会对服务器响应时间和吞吐量造成影响。

9.5.2 惰性删除

优点：对CPU时间最友好，只有在获取键时才会对键进行过期检查，可以保证删除过期键的操作只会在非做不可的情况下进行，并且删除的目标仅限于当前处理的键，不会把CPU时间浪费在删除其他无关的过期键上。

缺点：对内存最不友好，如果一个键已经过期，而这个键仍然保存在数据库中，只要这个过期键不被删除，它所占用的内存就不会被释放，如果数据库中有非常多的过期键没有被访问到的话，它们永远都不会被删除（除非用户执行flushDB），可以把这种情况看成内存泄漏——无用的垃圾数据占用来大量的内存，而服务器却不会自己释放它们，对于服务非常依赖于内存的redis服务器来说，不是好消息

9.5.3 定期删除功能

定期删除是前两种功能的整合和折中：

优点：1.定期删除策略每个一段时间执行一次删除过期键操作，并通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对CPU时间的影响

2.通过定期删除过期键，有效的减少因为过期键而带来的内存浪费

难点：确定删除操作执行的时长和频率

如果删除操作执行的太频繁，或者时长太长，就退化成了定时删除策略

如果删除操作执行的太少，或者时间太短，就退化成了惰性删除策略出现浪费内存的情况。

9.6 Redis的过期键删除策略

Redis服务器实际使用的是惰性删除和定期删除两种策略

9.6.1 惰性删除策略的实现

过期键的惰性删除是由expiredIfNeeded函数实现的，所有读写数据库的命令在执行之前都会调用expiredIfNeeded函数对输入键进行检查：

如果输入键已经过期，则通过expiredIfNeeded函数将该键从数据库中删除

如果未过期，则不做操作

9.6.2 定期删除策略的实现

由activeExpiredCycle函数实现，每当redis函数周期性操作serverCron函数执行时，activeExpiredCycle函数就会被调用，它在规定时间内分多次遍历服务器中的各个数据库，从数据库中的expires字典中随机检查一部分键的过期时间，并删除其中的过期键。

9.7 AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

9.7.1 生成RDB文件

在执行SAVE命令或者BGSAVE命令生成RBD文件时，程序会对过期键进行检查，以过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中。因此，数据库中包含过期键不会对生成的RDB文件造成影响。

9.7.2 载入RDB文件

启动Redis服务器时，如果服务器开启了RDB功能，那么服务器将对RDB功能进行载入：

如果服务器以主服务器模式运行，那么在载入RDB文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，未过期的键会被载入到数据库中，而过期键则会被忽略，所以过期键对载入RDB文件的主服务器不会造成影响。

如果服务器以从服务器模式运行，那么载入RDB文件时，文件中保存的所有键值，无论过期都会被载入到数据库中。不过，因为主从服务器在进行数据同步的时候，从服务器的数据就会被清空，所以一般来讲，过期键对载入RDB文件的从服务器也不会造成影响

9.7.3 AOF文件写入

当服务器以AOF持久化模式运行时，如果数据库的某个键已经过期，但是还没有进行惰性删除或者定期删除，AOF不会因为这个过期键而产生任何影响。

当过期键被惰性删除或定期删除后，程序会向AOF文件中APpend一条DEL命令，来显示的记录该键已被删除。

 9.7.4 AOF重写

程序会对数据库中的键进行检查，以过期的键不会保存在重写后的AOF文件中。

9.7.5 复制

当服务器运行在复制模式下时，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过期键后，向所有从服务器发送DEL命令，告知该过期键被删除

从服务器在执行客户端发送的读命令的时候，即使碰到过期键也不会将过期键删除，而是继续向处理未过期的键一样处理过期键

从服务器只有在接到主服务器的DEL命令后，才会删除过期键。

这么操作的原因：1.可以保持主从服务器数据的一致性

2.当一个过期键仍然存在主服务器的数据库中时，这个过期键在服务器里的复制品也会继续存在。

9.8 数据库通知

Redis2.8的新增功能，这个功能可以让客户端通过订阅给定的频道或模式，来获知数据库中键的变化，以及数据库中命令的执行情况。

这类关注“某个键执行了什么命令”的通知称为键空间通知。另一类称为键事件通知，关注的是“某个命令被什么键执行了”

9.8.1 发送通知

发送数据库通知的功能是由notify.c/notifyKeyspaceEvent函数实现的:

void notifyKeyspaceEvent(int type, char *event, robj *key, int dbid);

type:当前想要发送的通知的类型

event:事件的名称

key:产生事件的键

dbid:产生事件的数据库号码

函数会根据type类型以及这三个参数类构建事件通知的内容，以及接受通知的频道名。