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Redis源碼分析：內(nèi)存管理之道
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Redis是一款高性能、非阻塞的數(shù)據(jù)存儲服務，被廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)中的各類應用場景。在Redis中，內(nèi)存管理是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，對于Redis的性能表現(xiàn)也起到?jīng)Q定性的影響。本文將深入分析Redis源碼中的內(nèi)存管理實現(xiàn)方式，幫助我們更好地理解Redis的內(nèi)存管理機制。
一、Redis的內(nèi)存管理流程
Redis的內(nèi)存管理主要分為三個階段，分別是內(nèi)存分配、內(nèi)存釋放和內(nèi)存回收。其中，內(nèi)存分配和釋放能力在Redis運行過程中是比較穩(wěn)定的，而內(nèi)存回收則會隨著Redis運行時間的增長而逐漸增強。
1. 內(nèi)存分配
Redis在內(nèi)存分配方面采用了一種稱之為“對象池”的機制。對象池是指預分配一段內(nèi)存空間，當需要進行內(nèi)存分配時，直接從內(nèi)存池中取出內(nèi)存，避免了頻繁的malloc/free操作，從而提高了內(nèi)存分配效率。在Redis中，對象池中的內(nèi)存塊大小是固定的，Redis通過對象類型來判斷需要預分配多大的內(nèi)存空間，并將這些內(nèi)存空間緩存在對象池中。同時，在Redis命令執(zhí)行完成后，會把不再使用的對象放回到對象池中，以便下次使用。
2. 內(nèi)存釋放
Redis的內(nèi)存釋放機制也是在對象池中實現(xiàn)的，當需要釋放內(nèi)存時，直接將對象返回給對象池，不需要顯式地調(diào)用free函數(shù)。這樣可以減少對malloc/free的使用，同時避免了內(nèi)存碎片問題。
3. 內(nèi)存回收
Redis通過采用引用計數(shù)的方式進行內(nèi)存回收。在Redis中，每個對象都有一個引用計數(shù)值，用來表示有多少個指針指向該對象。當引用計數(shù)值為0時，表示該對象已經(jīng)沒有任何指針指向，可以進行回收。當Redis執(zhí)行delete命令時，會對該對象的引用計數(shù)減1，當引用計數(shù)為0時，會釋放該對象所占用的內(nèi)存空間。
二、Redis內(nèi)存管理實現(xiàn)源碼分析
1. 內(nèi)存池的實現(xiàn)
Redis中的對象池采用了一種可擴展的方式，即初始時只分配一部分內(nèi)存，當內(nèi)存不足時，再根據(jù)需要自動擴展。下面是Redis中對象池的定義和相關(guān)代碼實現(xiàn)（redisObject.h、zmalloc.c）。
/* redisObject.h */
typedef union _redisObject {
struct string {
char *ptr;
size_t len;
} str;
/* 省略其他類型成員 */
} robj;
#define OBJ_SHARED_REFCOUNT INT_MAX /* 共享對象的引用計數(shù)值 */
/* zmalloc.c */
#define PREFIX_SIZE (sizeof(long long))
struct zmalloc_hdr- {
unsigned long size; /* 內(nèi)存塊大小 */
unsigned long used; /* 已使用空間 */
unsigned short free; /* 空間的可用狀態(tài) */
struct zmalloc_hdr *prev; /* 上一個內(nèi)存塊 */
struct zmalloc_hdr *next; /* 下一個內(nèi)存塊 */
};
typedef struct {
pthread_mutex_t lock; /* 鎖 */
size_t used_memory; /* 已使用內(nèi)存 */
size_t max_memory; /* 最大可用內(nèi)存 */
struct zmalloc_hdr *hdr; /* 對象池頭節(jié)點 */
} zpool;
static zpool zl = { PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 0, ZMALLOC_MAX_MEMORY, NULL };
/* 分配內(nèi)存 */
void *zmalloc(size_t size) {
void *ptr = NULL;
struct zmalloc_hdr *hdr = NULL;
pthread_mutex_lock(&zl.lock);
/* 嘗試在對象池中找到對應的內(nèi)存鏈表 */
size_t avlable = zl.max_memory - zl.used_memory;
if (size + PREFIX_SIZE
hdr = zl.hdr;
while (hdr) {
if (hdr->free && hdr->size >= size + PREFIX_SIZE) {
hdr->free = 0;
hdr->used += size + PREFIX_SIZE;
zl.used_memory += size + PREFIX_SIZE;
ptr = (void *) ((char *) (hdr + 1) + PREFIX_SIZE);
break;
}
hdr = hdr->next;
}
/* 如果沒有找到對應的內(nèi)存鏈表，則嘗試擴展內(nèi)存 */
if (!ptr) {
size_t allocation_size = ZMALLOC_ALIGN(size + PREFIX_SIZE);
if (allocation_size + zl.used_memory
hdr = (struct zmalloc_hdr *) malloc(allocation_size);
hdr->size = allocation_size;
hdr->used = size + PREFIX_SIZE;
hdr->free = 0;
hdr->prev = NULL;
if (zl.hdr) {
hdr->next = zl.hdr;
zl.hdr->prev = hdr;
} else {
hdr->next = NULL;
}
zl.hdr = hdr;
zl.used_memory += allocation_size;
ptr = (void *) ((char *) (hdr + 1) + PREFIX_SIZE);
}
}
}
pthread_mutex_unlock(&zl.lock);
/* 返回分配的內(nèi)存 */
return ptr;
}
/* 釋放內(nèi)存 */
void zfree(void *ptr) {
if (ptr) {
struct zmalloc_hdr *hdr = (struct zmalloc_hdr *) ((char *) ptr - PREFIX_SIZE);
pthread_mutex_lock(&zl.lock);
if (!hdr->free) {
hdr->free = 1;
hdr->used -= PREFIX_SIZE;
zl.used_memory -= PREFIX_SIZE;
}
if (!hdr->used) {
/* 如果內(nèi)存塊已被釋放，則從內(nèi)存鏈表中移除 */
if (hdr->prev) {
hdr->prev->next = hdr->next;
} else {
zl.hdr = hdr->next;
}
if (hdr->next) {
hdr->next->prev = hdr->prev;
}
zl.used_memory -= hdr->size;
free(hdr);
}
pthread_mutex_unlock(&zl.lock);
}
}
/* 擴展內(nèi)存 */
void *zrealloc(void *ptr, size_t size) {
size_t old_size;
void *new_ptr;
if (ptr == NULL) {
return zmalloc(size);
}
if (size == 0) {
zfree(ptr);
return NULL;
}
struct zmalloc_hdr *hdr = (struct zmalloc_hdr *) ((char *) ptr - PREFIX_SIZE);
old_size = hdr->used - PREFIX_SIZE;
new_ptr = zmalloc(size);
if (new_ptr) {
memcpy(new_ptr, ptr, old_size
zfree(ptr);
}
return new_ptr;
}
在Redis中，所有的內(nèi)存分配和釋放都是通過zmalloc和zfree函數(shù)完成的。在zmalloc函數(shù)中，先嘗試在對象池中找到對應的內(nèi)存鏈表，如果找到，則分配內(nèi)存，并將分配的內(nèi)存塊標記為已使用。如果對象池中沒有找到對應的內(nèi)存鏈表，則嘗試擴展內(nèi)存。而在zfree函數(shù)中，只需將已使用內(nèi)存塊的狀態(tài)標記為未使用即可，如果發(fā)現(xiàn)該內(nèi)存塊未被使用，則將其從內(nèi)存鏈表中移除，并徹底釋放其占用的內(nèi)存空間。在Redis中，zrealloc函數(shù)只是簡單地調(diào)用了zmalloc和zfree函數(shù)。
2. 引用計數(shù)的實現(xiàn)
Redis中每個對象都有一個引用計數(shù)值，用來表示有多少個指針指向該對象。Redis對引用計數(shù)值的的操作主要是由incrRefCount和decrRefCount兩個函數(shù)完成的（redisObject.c）。
/* redisObject.c */
/* 增加引用計數(shù) */
void incrRefCount(robj *o) {
o->refcount++;
}
/* 減少引用計數(shù) */
void decrRefCount(robj *o) {
if (o->refcount
printf("Error: refcount is negative.\n");
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當前名稱：Redis源碼分析內(nèi)存管理之道（redis 源碼 內(nèi)存）
新聞來源：http://www.5511xx.com/article/dpeehdp.html
