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Redis是一種內(nèi)存緩存數(shù)據(jù)庫，使用鍵值對存儲數(shù)據(jù)。它采用了C語言編寫，具有高性能和可靠性。
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在這篇文章中，我們將深入淺出地剖析Redis的結(jié)構(gòu)源碼，以便更好地理解其內(nèi)部運作原理。
一、Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Redis有5種基本數(shù)據(jù)類型：
1.字符串（String）：最基本的數(shù)據(jù)類型，用來存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如圖片、視頻等。
2.散列（Hash）：用來存儲鍵值對集合，其中鍵和值都是字符串類型。
3.列表（List）：用來存儲一串字符串，按照插入順序排序，支持從列表兩端彈出元素、從指定位置插入元素等操作。
4.集合（Set）：用來存儲一組唯一的字符串，支持交、并、差、隨機抽取元素等操作。
5.有序集合（Sorted Set）：與集合類似，但是其中的元素都有一個權(quán)重，可以按照權(quán)重排序。支持按照權(quán)重區(qū)間獲取元素等操作。
在Redis中，每個數(shù)據(jù)類型都有對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，如下所示：
“`c
// 字符串結(jié)構(gòu)體
typedef struct redisObject {
// 類型
unsigned type:4;
// 編碼類型
unsigned encoding:4;
// 引用計數(shù)
unsigned lru:LRU_BITS;
int refcount;
// 指向?qū)嶋H值，類型為void指針，需要轉(zhuǎn)換
void *ptr;
} robj;
// 散列結(jié)構(gòu)體
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;
// 列表結(jié)構(gòu)體
typedef struct listType {
void *(*dup)(void *ptr);
void (*free)(void *ptr);
void (*match)(void *a, void *b);
} listType;
// 集合結(jié)構(gòu)體
typedef struct setType {
dict *dict;
int encoding;
} setType;
// 有序集合結(jié)構(gòu)體
typedef struct zset {
zskiplist *zsl;
dict *dict;
} zset;
通過這些結(jié)構(gòu)體，我們可以發(fā)現(xiàn)Redis維護(hù)的一些重要變量，如引用計數(shù)、類型、編碼類型、字典（用于存儲鍵值對）等。
二、Redis的內(nèi)存分配
在Redis中，我們不能直接使用malloc等內(nèi)存分配函數(shù)來分配內(nèi)存，因為它們的效率較低，而且還可能導(dǎo)致內(nèi)存碎片。Redis通過自己的內(nèi)存分配器來優(yōu)化內(nèi)存分配和管理。
Redis的內(nèi)存分配器使用了一些高級技巧，如動態(tài)內(nèi)存池、雙向鏈表、內(nèi)存對齊等。Redis內(nèi)存分配器的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：
```c
typedef struct mm_hdr {
// 前驅(qū)塊與后繼塊指針，組成一個雙向鏈表
struct mm_hdr *prev;
struct mm_hdr *next;
// 已分配內(nèi)存大小，包括當(dāng)前塊頭部與數(shù)據(jù)部分
size_t size;
// 某些狀態(tài)位
unsigned mm_bit:1; // 由munmap釋放內(nèi)存的標(biāo)記
unsigned pre_bit:1; // 前驅(qū)塊是否被占用
} mem_hdr;
typedef struct mm_pool {
// 當(dāng)前內(nèi)存池的頭部
mem_hdr *hdr;
// 下一個可用內(nèi)存池
struct mm_pool *next;
// 內(nèi)存池大小
size_t size;
// 當(dāng)前使用字節(jié)數(shù)
size_t used;
} mem_pool;
三、Redis的持久化存儲
Redis通過兩種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化存儲，即RDB（Redis Database文件）和AOF（Append Only File）。
1.RDB
RDB是一個二進(jìn)制文件，里面存儲著Redis數(shù)據(jù)庫的所有鍵值對。通過RDB，我們可以將Redis數(shù)據(jù)庫的快照保存到硬盤上。RDB格式定義了一系列靜態(tài)字符串，用于表示不同數(shù)據(jù)類型的鍵值對，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，類型為0-4和12-13的數(shù)據(jù)類型存儲在一個字典里，類型為1-2和9-11的數(shù)據(jù)類型則存儲在快速列表中。
2.AOF
AOF，即Append Only File，是Redis使用的另一種持久化存儲方式。當(dāng)Redis執(zhí)行一條寫命令時，它會將該命令追加到AOF文件的末尾。當(dāng)Redis需要恢復(fù)之前的狀態(tài)時，它只需要重新執(zhí)行AOF文件中的命令即可。
AOF文件的格式可以分為4種類型：SET、DEL、EXPIRE和EXPIREAT。SET和DEL表示設(shè)置和刪除鍵值對，EXPIRE和EXPIREAT表示設(shè)置鍵的過期時間。
四、Redis的事務(wù)管理
Redis通過MULTI、EXEC、WATCH、DISCARD等命令來支持事務(wù)。它使用基于樂觀鎖的并發(fā)控制機制來實現(xiàn)事務(wù)管理。
當(dāng)用戶發(fā)起MULTI命令時，Redis會將這些命令存儲到一個隊列中，直到用戶發(fā)起EXEC命令時才會真正執(zhí)行。為了避免不同客戶端之間的競爭，Redis引入了WATCH命令。當(dāng)一個客戶端開始執(zhí)行事務(wù)時，它會在需要監(jiān)視的鍵上執(zhí)行WATCH命令。之后，如果有其他客戶端對這個鍵進(jìn)行了修改，那么執(zhí)行事務(wù)的客戶端將拋出一個異常，終止事務(wù)的執(zhí)行。
五、總結(jié)
本文重點講解了Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)存分配、持久化存儲和事務(wù)管理。通過深入淺出的方式，讓讀者更好地理解了Redis內(nèi)部的運作原理。如果您對Redis還不太熟悉，建議多寫一些Redis相關(guān)的小項目，從實踐中加深理解。
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本文名稱：深入淺出剖析Redis結(jié)構(gòu)源碼（redis結(jié)構(gòu)源碼）
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