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Redis作為目前最流行的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，其簡(jiǎn)單易用、性能卓越的特點(diǎn)受到了越來越多的關(guān)注。本文將從Redis的核心代碼出發(fā)，深入剖析Redis的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理，通過這種方式進(jìn)一步加深我們對(duì)Redis的理解。
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Redis的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Redis支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很多，比如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是值對(duì)象valueObject的子類。在Redis的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中，valueObject是一個(gè)通用的結(jié)構(gòu)體，用于包裝各種數(shù)據(jù)類型的值，在處理各種命令時(shí)都是以valueObject為操作對(duì)象的。
具體來說，字符串是Redis的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，也是Redis其他數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)組成部分。字符串類型的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只是一個(gè)保存字符數(shù)組的緩沖區(qū)。這個(gè)緩沖區(qū)中的字符數(shù)組就是Redis中的字符串。
哈希表是Redis中的一種高效的散列表實(shí)現(xiàn)，它的查找、插入、刪除操作的平均復(fù)雜度都是O(1)。Redis的哈希表實(shí)現(xiàn)采用了開放尋址法，將表中所有元素連續(xù)存儲(chǔ)在一塊內(nèi)存里，空間利用率高，緩存友好。Redis的哈希表實(shí)現(xiàn)是基于dict（字典）結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的，如下是dict結(jié)構(gòu)體的定義：
typedef struct dictEntry {
void *key;
union {
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
double d;
} v;
struct dictEntry *next;
} dictEntry;
typedef struct dictht {
dictEntry **table;
unsigned long size;
unsigned long sizemask;
unsigned long used;
} dictht;
typedef struct dictType {
uint64_t (*hashFunction)(const void *key);
void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
void *privdata;
} dictType;
typedef struct dict {
dictType *type;
void *privdata;
dictht ht[2];
long rehashidx;
} dict;
可以看到，Redis的哈希表實(shí)現(xiàn)采用了雙哈希表，其中一張哈希表用于讀寫操作，另一張哈希表作為增量重建表，在進(jìn)行rehash操作時(shí)起到緩沖作用。
同時(shí)，Redis的集合和有序集合都是由哈希表實(shí)現(xiàn)的，它們的底層實(shí)現(xiàn)與哈希表非常相似，只是哈希表中的鍵值對(duì)都是空值。
Redis的內(nèi)存管理
Redis基于內(nèi)存緩存的性能體現(xiàn)最為明顯，因此它的內(nèi)存管理非常重要。Redis的內(nèi)存管理全靠自己，采用了一些特殊的技術(shù)來保證內(nèi)存的高效使用。
Redis的內(nèi)存分配器采用了jemalloc，它是一種專為多線程程序設(shè)計(jì)的內(nèi)存分配器，采用了等分配原則以及數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，能極大地提高內(nèi)存分配效率以及減少碎片等問題。
另外，為了避免Redis的內(nèi)存浪費(fèi)問題，它采用了傳統(tǒng)的內(nèi)存池技術(shù)，通過預(yù)先申請(qǐng)一塊固定大小的內(nèi)存塊，按照固定大小的內(nèi)存塊對(duì)內(nèi)存進(jìn)行劃分，將每一塊內(nèi)存塊都保存在一個(gè)鏈表中。每次需要內(nèi)存的時(shí)候，Redis會(huì)從鏈表中取出空閑的內(nèi)存塊進(jìn)行使用，在內(nèi)存不足時(shí)再去申請(qǐng)新的內(nèi)存塊。
Redis的并發(fā)控制
Redis的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是線程安全的，它采用了基于單線程事件循環(huán)擴(kuò)展的多路復(fù)用IO模型，利用epoll（Linux）或kqueue（BSD）實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)IO。Redis的單線程模型中，并沒有多線程操作內(nèi)存或數(shù)據(jù)，而是通過隊(duì)列將讀寫操作異步化，由單個(gè)事件線程輪詢監(jiān)聽事件，并將事件交給工作線程處理。
當(dāng)客戶端連接到Redis時(shí)，它首先會(huì)發(fā)送一個(gè)帶有命令的請(qǐng)求，Redis會(huì)將該請(qǐng)求放置到隊(duì)列中，隨后該客戶端就可以執(zhí)行其他操作。此時(shí)事件線程會(huì)繼續(xù)輪詢聽事件，一旦發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中有新的請(qǐng)求，它就會(huì)按照隊(duì)列中的請(qǐng)求序列一個(gè)一個(gè)處理請(qǐng)求，直到所有請(qǐng)求都被處理完畢。
在 Redis 中，我們經(jīng)常能看到的超時(shí)機(jī)制，就是通過 Redis 的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，而 Redis 的定時(shí)器，其實(shí)就是基于事件循環(huán)的。當(dāng)Redis將事件操作放入到隊(duì)列中時(shí)，會(huì)設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間，一旦超時(shí)，該事件就會(huì)被拋棄。
總結(jié)
本文對(duì)Redis的核心代碼進(jìn)行了深度剖析，介紹了Redis內(nèi)部如何處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)存管理以及并發(fā)控制等問題。作為一名Redis愛好者，通過深入學(xué)習(xí)Redis的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理，我們可以更好地理解和運(yùn)用Redis這個(gè)強(qiáng)大的工具。
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當(dāng)前標(biāo)題：深度剖析Redis深入剖析核心代碼（redis核心代碼）
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