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Redis源碼學(xué)習(xí)全景式解析

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Redis是一種開源、內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)，它具有高性能、可擴(kuò)展性以及靈活性等特點(diǎn)，在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。學(xué)習(xí)Redis的源碼對(duì)于深入理解其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)和性能優(yōu)化具有重要意義。本文將結(jié)合實(shí)際代碼，從源碼層面對(duì)Redis進(jìn)行全景式解析。

一、源碼結(jié)構(gòu)

Redis的源碼結(jié)構(gòu)比較清晰，主要分為以下幾個(gè)部分：

1. src: Redis主程序

2. deps: Redis依賴的第三方庫(kù)

3. tests: Redis測(cè)試程序

4. utils: Redis的工具程序

其中，src目錄下的redis.c是Redis的主程序文件，包含了Redis的大部分代碼。

二、主要功能實(shí)現(xiàn)

Redis主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Redis支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括字符串、列表、哈希、集合、有序集合等。其中，字符串是最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也是其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

2. 持久化：Redis支持RDB（快照）和AOF（追加寫入）兩種持久化方式。RDB是將整個(gè)Redis數(shù)據(jù)集以快照的方式保存到硬盤上，而AOF則是將Redis執(zhí)行的所有命令記錄到一個(gè)追加寫入的命令日志文件中。

3. 復(fù)制：Redis支持主從復(fù)制和部分復(fù)制兩種方式。主從復(fù)制是指將一個(gè)Redis服務(wù)器的數(shù)據(jù)復(fù)制到其他的Redis服務(wù)器，而部分復(fù)制則是指只復(fù)制指定的數(shù)據(jù)。

4. 高可用性：Redis通過(guò)Sentinel實(shí)現(xiàn)高可用性。Sentinel可以監(jiān)控多個(gè)Redis實(shí)例的狀況，并在主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)時(shí)自動(dòng)將其它機(jī)器上的從節(jié)點(diǎn)升級(jí)為主節(jié)點(diǎn)。

5. 集群：Redis通過(guò)Cluster實(shí)現(xiàn)分布式集群。Cluster將多個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)。分區(qū)之間相互獨(dú)立，具備高可用性。

三、核心代碼分析

1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Redis支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括字符串、列表、哈希、集合、有序集合等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)都是使用C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以哈希表為例，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)如下：

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 dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx;
    int iterators;
} dict;

其中，dictEntry表示哈希表中的鍵值對(duì)，而dictht表示哈希表。dict表示字典，其中包含了兩個(gè)dictht結(jié)構(gòu)體，用于實(shí)現(xiàn)哈希表的rehash過(guò)程。

2. 持久化

Redis支持RDB（快照）和AOF（追加寫入）兩種持久化方式。其中，RDB的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)fork()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)需要進(jìn)行快照時(shí)，Redis會(huì)fork出一個(gè)新的進(jìn)程來(lái)執(zhí)行快照操作。該進(jìn)程會(huì)將數(shù)據(jù)寫入到一個(gè)臨時(shí)文件中，待寫入完成后，再將臨時(shí)文件重命名為RDB文件。而AOF則是通過(guò)將Redis執(zhí)行的所有命令記錄到一個(gè)追加寫入的命令日志文件中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3. 復(fù)制

Redis支持主從復(fù)制和部分復(fù)制。其中，主從復(fù)制的實(shí)現(xiàn)可以分為以下幾個(gè)步驟：

1) Slave向Master發(fā)送SYNC命令，請(qǐng)求復(fù)制數(shù)據(jù)。

2) Master接收到SYNC命令后，執(zhí)行bgsave命令，將當(dāng)前數(shù)據(jù)集以RDB的方式保存到磁盤中。

3) Master向Slave發(fā)送快照文件，并開始執(zhí)行命令緩沖區(qū)中未執(zhí)行的命令。

4) Slave將接收到的快照文件寫入到本地磁盤中，并根據(jù)收到的命令更新自己的數(shù)據(jù)集。

主從復(fù)制的核心代碼如下：

void syncCommand(redisClient *c) {
    ...
    replicationSendAck();
    ...    
    sendBulkToSlave(c->slave, getDecodedObject(c->argv[2]));
    ...
    createReplicationBacklog();
    ...    
    flagTransaction(c->slave);
    ...    
    replicationFeedSlaves(c->db->id, &argc, c->argv, c->argc);
    ...    
    syncWithMaster();
    ...
}

其中，replicationSendAck()用于發(fā)送應(yīng)答信息，sendBulkToSlave()用于將快照數(shù)據(jù)發(fā)送給Slave，createReplicationBacklog()用于創(chuàng)建復(fù)制緩存區(qū)等。

4. 高可用性

Redis通過(guò)Sentinel實(shí)現(xiàn)高可用性。Sentinel可以監(jiān)控多個(gè)Redis實(shí)例的狀況，并在主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)時(shí)自動(dòng)將其它機(jī)器上的從節(jié)點(diǎn)升級(jí)為主節(jié)點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程可以分為以下幾個(gè)步驟：

1) Sentinel向Redis服務(wù)器發(fā)送INFO命令，獲取Redis實(shí)例的相關(guān)信息。

2) Sentinel根據(jù)獲取到的響應(yīng)信息計(jì)算出Redis實(shí)例的名字和狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)更新。

3) 如果當(dāng)前Sentinel發(fā)現(xiàn)某個(gè)Redis實(shí)例的狀態(tài)異常，會(huì)向其他Sentinel發(fā)送消息，請(qǐng)求進(jìn)行選舉。

4) 根據(jù)指定的規(guī)則，Sentinel選出一個(gè)新的Master，將其他Redis實(shí)例設(shè)置為Slave，并將快照文件和AOF文件從Master復(fù)制到Slave。

5. 集群

Redis通過(guò)Cluster實(shí)現(xiàn)分布式集群。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1) 在Redis Cluster中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)ID，稱為節(jié)點(diǎn)ID。

2) 集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)屬于不同的槽。一個(gè)槽可以包含多個(gè)Redis鍵值，其中槽的數(shù)量是可以進(jìn)行擴(kuò)容的。

3) 在Redis Cluster中，使用Gossip協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的通信。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)向集群中的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，以維護(hù)集群的狀態(tài)。

4) 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行某個(gè)槽的操作時(shí)，它會(huì)根據(jù)槽的信息，自動(dòng)將相應(yīng)的鍵值發(fā)送到對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。

5) 如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)宕機(jī)或者需要進(jìn)行槽的重分配時(shí)，集群會(huì)選出一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)代替其位置。

四、總結(jié)

本文對(duì)Redis進(jìn)行了全景式的源碼解析，對(duì)于想要深入理解Redis內(nèi)部實(shí)現(xiàn)和性能優(yōu)化的開發(fā)者來(lái)說(shuō)具有重要參考意義。在實(shí)際的開發(fā)中，需要結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)際需求，靈活使用Redis提供的各種功能。

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當(dāng)前題目：Redis源碼學(xué)習(xí)全景式解析（redis源碼學(xué)習(xí)全集）
標(biāo)題路徑：http://m.5511xx.com/article/djihijs.html