深入浅出剖析Redis结构源码（redis结构源码）

Redis是一种内存缓存数据库，使用键值对存储数据。它采用了C语言编写，具有高性能和可靠性。

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在这篇文章中，我们将深入浅出地剖析Redis的结构源码，以便更好地理解其内部运作原理。

一、Redis的数据结构

Redis有5种基本数据类型：

1.字符串（String）：最基本的数据类型，用来存储二进制数据，如图片、视频等。

2.散列（Hash）：用来存储键值对集合，其中键和值都是字符串类型。

3.列表（List）：用来存储一串字符串，按照插入顺序排序，支持从列表两端弹出元素、从指定位置插入元素等操作。

4.集合（Set）：用来存储一组唯一的字符串，支持交、并、差、随机抽取元素等操作。

5.有序集合（Sorted Set）：与集合类似，但是其中的元素都有一个权重，可以按照权重排序。支持按照权重区间获取元素等操作。

在Redis中，每个数据类型都有对应的结构体，如下所示：

“`c

// 字符串结构体

typedef struct redisObject {

// 类型

unsigned type:4;

// 编码类型

unsigned encoding:4;

// 引用计数

unsigned lru:LRU_BITS;

int refcount;

// 指向实际值，类型为void指针，需要转换

void *ptr;

} robj;

// 散列结构体

typedef struct hashType {

dict *dict;

void *(*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);

} hashType;

// 列表结构体

typedef struct listType {

void *(*dup)(void *ptr);

void (*free)(void *ptr);

void (*match)(void *a, void *b);

} listType;

// 集合结构体

typedef struct setType {

dict *dict;

int encoding;

} setType;

// 有序集合结构体

typedef struct zset {

zskiplist *zsl;

dict *dict;

} zset;

通过这些结构体，我们可以发现Redis维护的一些重要变量，如引用计数、类型、编码类型、字典（用于存储键值对）等。

二、Redis的内存分配

在Redis中，我们不能直接使用malloc等内存分配函数来分配内存，因为它们的效率较低，而且还可能导致内存碎片。Redis通过自己的内存分配器来优化内存分配和管理。

Redis的内存分配器使用了一些高级技巧，如动态内存池、双向链表、内存对齐等。Redis内存分配器的核心数据结构如下：

```c
typedef struct mm_hdr {
    // 前驱块与后继块指针，组成一个双向链表
    struct mm_hdr *prev;
    struct mm_hdr *next;
    // 已分配内存大小，包括当前块头部与数据部分
    size_t size;
    // 某些状态位
    unsigned mm_bit:1; // 由munmap释放内存的标记
    unsigned pre_bit:1; // 前驱块是否被占用
} mem_hdr;

typedef struct mm_pool {
    // 当前内存池的头部
    mem_hdr *hdr;
    // 下一个可用内存池
    struct mm_pool *next;
    // 内存池大小
    size_t size;
    // 当前使用字节数
    size_t used;
} mem_pool;

三、Redis的持久化存储

Redis通过两种方式实现数据的持久化存储，即RDB（Redis Database文件）和AOF（Append Only File）。

1.RDB

RDB是一个二进制文件，里面存储着Redis数据库的所有键值对。通过RDB，我们可以将Redis数据库的快照保存到硬盘上。RDB格式定义了一系列静态字符串，用于表示不同数据类型的键值对，如下所示：

“`c

#define RDB_TYPE_STRING 0

#define RDB_TYPE_LIST 1

#define RDB_TYPE_SET 2

#define RDB_TYPE_ZSET 3

#define RDB_TYPE_HASH 4

#define RDB_TYPE_HASH_ZIPMAP 9

#define RDB_TYPE_LIST_ZIPLIST 10

#define RDB_TYPE_SET_INTSET 11

#define RDB_TYPE_ZSET_ZIPLIST 12

#define RDB_TYPE_HASH_ZIPLIST 13

其中，类型为0-4和12-13的数据类型存储在一个字典里，类型为1-2和9-11的数据类型则存储在快速列表中。

2.AOF

AOF，即Append Only File，是Redis使用的另一种持久化存储方式。当Redis执行一条写命令时，它会将该命令追加到AOF文件的末尾。当Redis需要恢复之前的状态时，它只需要重新执行AOF文件中的命令即可。

AOF文件的格式可以分为4种类型：SET、DEL、EXPIRE和EXPIREAT。SET和DEL表示设置和删除键值对，EXPIRE和EXPIREAT表示设置键的过期时间。

四、Redis的事务管理

Redis通过MULTI、EXEC、WATCH、DISCARD等命令来支持事务。它使用基于乐观锁的并发控制机制来实现事务管理。

当用户发起MULTI命令时，Redis会将这些命令存储到一个队列中，直到用户发起EXEC命令时才会真正执行。为了避免不同客户端之间的竞争，Redis引入了WATCH命令。当一个客户端开始执行事务时，它会在需要监视的键上执行WATCH命令。之后，如果有其他客户端对这个键进行了修改，那么执行事务的客户端将抛出一个异常，终止事务的执行。

五、总结

本文重点讲解了Redis的数据结构、内存分配、持久化存储和事务管理。通过深入浅出的方式，让读者更好地理解了Redis内部的运作原理。如果您对Redis还不太熟悉，建议多写一些Redis相关的小项目，从实践中加深理解。

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