Redis核心原理与实践探究存储的真谛（redis核心原理与实践）

Redis核心原理与实践：探究存储的真谛

Redis是一个开源的NoSQL数据库系统，它以内存为主要存储介质，常常被用来做缓存、队列、实时消息、排行榜等方面的应用。本文将探究Redis的核心原理与实践，解析Redis的存储原理及其实现机制。

一、Redis的存储原理

Redis主要使用了两种数据结构：哈希表和跳跃表。哈希表用来储存键值对，而跳跃表则用来实现有序集合和排序列表。哈希表和跳跃表是Redis的支柱——几乎所有的数据都被序列化为键值对，而有序集合和排序列表则极大地简化了一些常见的操作。

1. 哈希表

哈希表是一种数据结构，用于存储键值对。Redis使用哈希表存储键值对。其实现方式非常简单：使用一个哈希函数将键映射到一个桶中，桶被存储在一个数组中。当多个键映射到同一个桶中时，它们会被存储在一个链表中。当哈希表中的键值对数量增加时，只需重新分配内存、重新计算哈希函数并将键值对存储在更大的哈希表中即可。

在Redis中，哈希表的结构被定义为：

struct dict {

dictType *type;

void *privdata;

dictht ht[2];

long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */

unsigned long iterators; /* number of iterators currently running */

};

哈希表中最关键的组成部分是哈希函数，这个函数必须能够将键映射到一个桶中。Redis中采用了Murmurhash2这种高效的哈希函数。

2. 跳跃表

跳跃表是基于有序链表的一种高效数据结构，能够在有序链表的基础上加速查找操作，同时保持链表的有序性。在Redis中，跳跃表被用来实现有序集合和排序列表，以及某些EVAL命令。

跳跃表的实现非常简单：它由多层链表组成，每一层都是一个有序链表。每一个节点包含多个指向下一层的指针。在查找操作中，从最高层开始搜索，当找到一个大于等于待查找的值时，就进入下一层。当到达底层时，就可以找到节点。

Redis中的跳跃表由四部分组成：

typedef struct zskiplist {

struct zskiplistNode *header, *tl;

unsigned long length;

int level;

} zskiplist;

typedef struct zskiplistNode {

robj *obj;

double score;

struct zskiplistNode *backward;

struct zskiplistLevel {

struct zskiplistNode *forward;

unsigned int span;

} level[];

} zskiplistNode;

typedef struct zskiplistNode {

robj *obj;

double score;

struct zskiplistNode *backward;

struct zskiplistLevel {

struct zskiplistNode *forward;

unsigned int span;

} level[];

} zskiplistNode;

typedef struct zskiplistLevel {

struct zskiplistNode *forward;

unsigned int span;

} zskiplistLevel;

二、Redis的实现机制

1. 内存管理

Redis是一个内存为主的数据库系统。在内存管理方面，Redis采用了一种使用TCP进行网络通信的方式。当客户端向Redis服务器发送一个命令时，Redis服务器将命令放入一个命令队列中。在处理这个命令时，Redis服务器申请一定数量的内存，然后执行这个命令。当命令处理结束时，Redis服务器将使用的内存释放，并将执行结果返回给客户端。

由于Redis主要使用内存存储数据，因此内存管理是非常关键的一个过程。Redis的内存管理主要有三部分：

1) 内存分配器

Redis采用了jemalloc作为其内存分配器。jemalloc是一种高效的内存管理器，采用了一些优化技术，能够快速、准确地分配内存，并对已经释放的内存进行维护。

2) 垃圾回收

Redis使用引用计数来管理内存。当某个键不再被使用时，它的引用计数会被减少。当引用计数为0时，这个键就被释放。这种方式虽然简单高效，但有一个严重的问题：如果两个键之间存在循环引用，它们的引用计数不会降到0，因此垃圾回收机制就必须手动进行调用。

Redis通过周期性地调用垃圾回收机制来解决这个问题。垃圾回收机制会扫描所有的键，并且找到现有的关系。当某个关系被断开时，相关的键也会被回收。

3) 多线程管理

Redis采用了多线程技术来提高性能。不过，Redis并没有直接采用多线程技术，而是采用了一个基于事件的模型。当发生一个事件时，就会唤醒你线程，这个线程将事件处理结束后就会被释放。

在Redis中，每个线程会被分配一个eventloop，同时系有一个共同的事件管理器。线程所需要的数据都保存在eventloop中。当一些线程完成了任务后，它们就会被迅速关闭，从而释放内存。

2. 数据持久化

Redis支持两种数据持久化方式：RDB和AOF。RDB是一种将Redis数据以快照的方式保存到磁盘中的方法，而AOF是一种将Redis数据以类似于事务日志的方式追加到文件中的方法。

当Redis需要进行快照时，它会将当前的数据写入到一个临时文件中，然后将临时文件复制到磁盘中。在进行快照时，Redis会暂停客户端的读写操作，以确保写入的数据是最新的。

当Redis执行AOF时，它会将新的命令追加到AOF文件中。每当系统启动时，Redis会读取AOF文件并尝试重新执行所有的命令。由于AOF文件比RDB文件更详细，因此AOF文件也更适合用于恢复后的数据。

总结

Redis作为一种高性能、高可靠性的NoSQL数据库，已经广泛地应用于互联网领域。本文主要介绍了Redis的存储原理和实现机制，这对于Redis学习者来说是非常有用的。对于Redis的用户来说，更加详细深入地了解Redis的存储原理及其实现机制可以帮助优化这个数据库的使用效率，更好地发挥Redis的性能。

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