概念

Redis是键值数据库

学习方法

先建立 系统观 ，想要深入理解和优化 Redis，就必须对它的 总体架构 和 关键模块 有一个全局的认知，然后再深入到具体的技术点。

构建一个简单的键值数据库 SimpleKV

构建一个具有关键组件的键值数据库 SimpleKV，需要考虑 具备什么机制（能力）、基本组件。

应具备什么机制（能力）？

可以存哪些数据（数据模型）？

可以对数据做什么操作（操作接口）？

数据存储在哪里（存储位置）？

数据模型

实现 key-value 模型

Memcached 支持的 value 类型仅为 String 类型。

Redis 支持多样的 value 类型，包括了 String、哈希表、列表、集合等。

操作接口

实现增删改查操作接口，如下：

• PUT：新写入或更新一个 key-value 对；（需要分配和释放内存）
• GET：根据一个 key 读取相应的 value 值；
• DELETE：根据一个 key 删除整个 key-value 对；（需要分配和释放内存）
• SCAN：查询一个 key 在相应条件内的数据；

具体逻辑：

对于 GET/SCAN 操作而言，此时根据 value 的存储位置返回 value 值即可；

对于 PUT 一个新的键值对数据而言，SimpleKV 需要为该键值对分配内存空间；

对于 DELETE 操作，SimpleKV 需要删除键值对，并释放相应的内存空间，这个过程由分配器完成。

存储位置

内存

保存在内存：读写速度快（百ns），一旦掉电所有的数据都会丢失。

保存在外存：读写速度慢（几ms）可以避免数据丢失。

应具备什么基本组件？

一个键值数据库包括了 访问框架、索引模块、操作模块和存储模块 四部分。

访问模式

提供键值操作的访问模式有两种：

1. 通过 函数库调用 的形式，比如上图的 libsimplekv.so，就是以动态链接库的形式链接到我们自己的程序中。
2. 通过 网络框架以 Socket 通信 的形式，这种形式可以提供广泛的键值存储服务。

比如：

RocksDB 是动态链接库形式

Memcached 和 Redis 是网络框架形式

索引模块

索引模块的作用是 如何定位键值对的位置，如何根据 key 找到相应 value 的存储位置，进而执行操作。

索引的类型

索引的类型有很多，常见的有哈希表、B+树、字典树等，不同的索引结构在性能、空间消耗、并发控制等方面具有不同的特征，不同键值数据库采用的索引并不相同。

例如：

Memcached 和 Redis 采用哈希表作为 key-value 索引。

RocksDB 则采用跳表作为内存中 key-value 的索引。

如何实现重启后快速提供服务？

持久化功能

考虑到磁盘管理复杂，SimpleKV 就直接采用了文件形式，将键值数据通过调用本地文件系统的操作接口保存在磁盘上

两种方式：

• 对于每一个键值对，SimpleKV 都对其进行落盘保存；（性能影响大）
• 周期性地把内存中的键值数据保存到文件中；（性能影响小、有丢失风险）

小结

至此，构造了一个简单的键值数据库 SimpleKV。

SimpleKV和Redis的区别：

Redis 主要通过网络框架进行访问，而不再是动态库了，这也使得 Redis 可以作为一个基础性的网络服务进行访问，扩大了 Redis 的应用范围。

Redis 数据模型中的 value 类型很丰富，因此也带来了更多的操作接口，例如面向列表的 LPUSH/LPOP，面向集合的 SADD/SREM 等

Redis 的持久化模块能支持两种方式：日志（AOF）和快照（RDB），这两种持久化方式具有不同的优劣势，影响到 Redis 的访问性能和可靠性。

SimpleKV 是个简单的单机键值数据库，Redis 中包含了集群功能支撑模块，所以支持高可靠集群和高可扩展集群。