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Redis 5.0源碼深度分析
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Redis是一個使用C語言編寫的開源高性能、非關(guān)系型（NoSQL）的鍵值數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。Redis具有速度快、可擴(kuò)展性強、數(shù)據(jù)持久性高、支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等特點，廣泛應(yīng)用于緩存、隊列、發(fā)布、訂閱等場景，被譽為“數(shù)據(jù)訪問萬能鑰匙”。
Redis 5.0是Redis的最新版本，發(fā)布于2018年10月。Redis 5.0針對各種性能和功能方面的要求進(jìn)行了許多改進(jìn)和創(chuàng)新，包括：
1.延遲監(jiān)控和數(shù)據(jù)閾值：針對Redis的請求延遲進(jìn)行監(jiān)控和統(tǒng)計，并根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)閾值進(jìn)行告警和限流。
2.模塊化架構(gòu)：提供了Redis模塊化架構(gòu)，允許開發(fā)者通過C語言編寫自定義模塊，擴(kuò)展Redis的功能。
3.數(shù)據(jù)類型和指令的增強：新增了Stream數(shù)據(jù)類型和相關(guān)指令，以及HyperLogLog、GEO等數(shù)據(jù)類型的優(yōu)化和增強。
4.性能和安全性的提升：包括內(nèi)存分配和數(shù)據(jù)壓縮、TLS/SSL支持、多線程I/O復(fù)用、訪問控制等的優(yōu)化和增強。
在本文中，我們將深入分析Redis 5.0的源碼，從Redis的內(nèi)存模型、I/O模型、事件驅(qū)動模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法等方面，對Redis的性能和功能進(jìn)行深入剖析。
Redis的內(nèi)存模型：Redis使用內(nèi)存池（Memory Pool）管理內(nèi)存，以減少內(nèi)存碎片和提高內(nèi)存的利用率。內(nèi)存池在Redis的源碼中實現(xiàn)為Redis內(nèi)部的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以MemPool類型的結(jié)構(gòu)體表示。內(nèi)存池的實現(xiàn)核心是3個指針變量：free、head、tl，分別指向可用內(nèi)存鏈表的頭、內(nèi)存池頭、內(nèi)存池尾。
// 內(nèi)存池結(jié)構(gòu)體
typedef struct mempool {
char* free; // 指向可用內(nèi)存鏈表的頭
char* head; // 指向內(nèi)存池頭
char* tl; // 指向內(nèi)存池尾
size_t size; // 內(nèi)存池總大小
bool shared; // 標(biāo)記該內(nèi)存池是否與其他進(jìn)程共享
int fd; // 分配的文件描述符
} MemPool;
Redis的I/O模型：Redis的通信方式基于內(nèi)存映射文件和套接字（socket）。Redis內(nèi)部通過I/O事件驅(qū)動模型，實現(xiàn)異步、高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸和文件讀寫操作。Redis的I/O模型主要基于幾個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括EventLoop、Socket、FileEvent、Channel等。
// EventLoop結(jié)構(gòu)體
typedef struct eventloop {
int stop; // 是否停止事件計時器
time_t mstime; // 當(dāng)前事件循環(huán)時間
aeApiState* apis; // 多路復(fù)用機(jī)制的具體實現(xiàn)
aeTimeEvent* timeEventHead; // 定時器事件鏈表
aeFileEvent events[AE_SETSIZE]; // I/O事件數(shù)組
void* eventData[AE_SETSIZE]; // I/O事件對應(yīng)的數(shù)據(jù)指針
} EventLoop;
Redis的事件驅(qū)動模型：Redis的事件驅(qū)動模型基于Reactor和Proactor模式，通過事件驅(qū)動模型實現(xiàn)異步、非阻塞的網(wǎng)絡(luò)通信和文件讀寫。Redis的事件驅(qū)動模型主要包括EventLoop、Socket、FileEvent、Channel等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)體。
// FileEvent結(jié)構(gòu)體
typedef struct filevent {
int mask; // 表示文件事件的類型
aeFileProc* fproc; // 讀事件的處理函數(shù)
aeFileProc* fprocRe; // 寫事件的處理函數(shù)
void* clientData; // 事件處理函數(shù)的數(shù)據(jù)指針
int fd; // 文件描述符
} FileEvent;
Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法：Redis是一個支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的鍵值數(shù)據(jù)庫，包括字符串、哈希表、鏈表、集合、有序集合、位圖、HyperLogLog、GEO空間索引等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法不僅是Redis高性能和可擴(kuò)展性的關(guān)鍵，也為開發(fā)者提供了豐富和靈活的數(shù)據(jù)操作接口。
// 位圖數(shù)據(jù)類型
typedef struct bitmap {
uint64_t* bitVal; // 位圖數(shù)據(jù)數(shù)組
uint32_t size; // 位圖大小，實際上是元素的數(shù)量
uint32_t capacity; // 位圖容量，實際上是uint64_t數(shù)組的數(shù)量
bool isSet; // 標(biāo)記位圖是否被設(shè)置
} Bitmap;
// 字符串壓縮算法
static int createObjectFromLongLong(long long value, robj** o) {
if (value >= 0 && value
// 如果value在范圍內(nèi)，共享對象引用計數(shù)+1，直接返回共享對象指針
incrRefCount(shared.integers[value]);
*o = shared.integers[value];
return 1;
} else if (value >= LONG_MIN && value
// 如果value不能共享，創(chuàng)建新的字符串對象
*o = createStringObjectFromLongLong(value);
return 1;
}
return 0;
}
總結(jié)
Redis 5.0是Redis的最新版本，是一個非常重要的版本。Redis 5.0通過優(yōu)化和增強多項功能，提高了其性能、可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性，進(jìn)一步鞏固了Redis在緩存、隊列、發(fā)布、訂閱等場景的領(lǐng)導(dǎo)地位。本文對Redis 5.0的源碼進(jìn)行了深度分析，具有一定的參考價值。
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當(dāng)前名稱：Redis50源碼深度分析（redis源碼5.0）
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