4.4 慢查询日志
5.1.10 过期键的惰性删除策略
实现过期键惰性删除策略的核心是 db.c/expireIfNeeded 函数——所有命令在读取或写入数 据库之前，程序都会调用 expireIfNeeded 对输入键进行检查，并将过期键删除：
SET 、 LPUSH 、 SADD 、
等等
调用 expire_if_needed() 删除过期键
写请求
GET 、 LRANGE 、 SMEMBERS 、
等等 读请求
执行实际的命令流程
比如说，GET 命令的执行流程可以用下图来表示：
120 Chapter 5. 内部运作机制
Redis 设计与实现, 第一版
GET key
调用
expire_if_needed() 如果键已经过期
那么将它删除
key 不存在 向客户端返回 NIL
已过期
向客户端返回 key 的值 未过期
expireIfNeeded 的作用是，如果输入键已经过期的话，那么将键、键的值、键保存在 expires 字典中的过期时间都删除掉。
用伪代码描述的 expireIfNeeded 定义如下：
def expireIfNeeded(key):
# 对过期键执行以下操作 。。。 if key.is_expired():
# 从键空间中删除键值对 db.dict.remove(key)
# 删除键的过期时间 db.expires.remove(key)
# 将删除命令传播到 AOF 文件和附属节点 propagateDelKeyToAofAndReplication(key)
5.1.11 过期键的定期删除策略
对过期键的定期删除由 redis.c/activeExpireCycle 函执行：每当 Redis 的例行处理程序 serverCron 执行时，activeExpireCycle 都会被调用——这个函数在规定的时间限制内，尽 可能地遍历各个数据库的 expires 字典，随机地检查一部分键的过期时间，并删除其中的过期 键。
整个过程可以用伪代码描述如下：
def activeExpireCycle():
# 遍历数据库（不一定能全部都遍历完，看时间是否足够）
for db in server.db:
# MAX_KEY_PER_DB 是一个 DB 最大能处理的 key 个数
# 它保证时间不会全部用在个别的 DB 上（避免饥饿）
i = 0
while (i < MAX_KEY_PER_DB):
# 数据库为空，跳出 while ，处理下个 DB if db.is_empty(): break
# 随机取出一个带 TTL 的键
key_with_ttl = db.expires.get_random_key()
# 检查键是否过期，如果是的话，将它删除 if is_expired(key_with_ttl):
db.deleteExpiredKey(key_with_ttl)
# 当执行时间到达上限，函数就返回，不再继续
# 这确保删除操作不会占用太多的 CPU 时间 if reach_time_limit(): return
i += 1
5.1.12 过期键对 AOF 、RDB 和复制的影响
前面的内容讨论了过期键对 CPU 时间和内存的影响，现在，是时候说说过期键在 RDB 文件、
AOF 文件、AOF 重写以及复制中的影响了：
过期键会被保存在更新后的 RDB 文件、AOF 文件或者重写后的 AOF 文件里面吗？
附属节点会会如何处理过期键？处理的方式和主节点一样吗？
以上这些问题就是本节要解答的。
更新后的 RDB 文件
在创建新的 RDB 文件时，程序会对键进行检查，过期的键不会被写入到更新后的 RDB 文件 中。
因此，过期键对更新后的 RDB 文件没有影响。
122 Chapter 5. 内部运作机制
Redis 设计与实现, 第一版
AOF 文件
在键已经过期，但是还没有被惰性删除或者定期删除之前，这个键不会产生任何影响，AOF 文 件也不会因为这个键而被修改。
当过期键被惰性删除、或者定期删除之后，程序会向 AOF 文件追加一条 DEL 命令，来显式地 记录该键已被删除。
举个例子，如果客户端使用 GET message 试图访问 message 键的值，但 message 已经过期了，
那么服务器执行以下三个动作：
1. 从数据库中删除 message ；
2. 追加一条 DEL message 命令到 AOF 文件；
3. 向客户端返回 NIL 。
AOF 重写
和 RDB 文件类似，当进行 AOF 重写时，程序会对键进行检查，过期的键不会被保存到重写 后的 AOF 文件。
因此，过期键对重写后的 AOF 文件没有影响。
复制
当服务器带有附属节点时，过期键的删除由主节点统一控制：
• 如果服务器是主节点，那么它在删除一个过期键之后，会显式地向所有附属节点发送一 个 DEL 命令。
• 如果服务器是附属节点，那么当它碰到一个过期键的时候，它会向程序返回键已过期的 回复，但并不真正的删除过期键。因为程序只根据键是否已经过期、而不是键是否已经被 删除来决定执行流程，所以这种处理并不影响命令的正确执行结果。当接到从主节点发来 的 DEL 命令之后，附属节点才会真正的将过期键删除掉。
附属节点不自主对键进行删除是为了和主节点的数据保持绝对一致，因为这个原因，当一个过 期键还存在于主节点时，这个键在所有附属节点的副本也不会被删除。
这种处理机制对那些使用大量附属节点，并且带有大量过期键的应用来说，可能会造成一部分 内存不能立即被释放，但是，因为过期键通常很快会被主节点发现并删除，所以这实际上也算 不上什么大问题。
5.1.13 数据库空间的收缩和扩展
因为数据库空间是由字典来实现的，所以数据库空间的扩展/收缩规则和字典的扩展/收缩规则 完全一样，具体的信息可以参考《字典》章节。
因 为 对 字 典 进 行 收 缩 的 时 机 是 由 使 用 字 典 的 程 序 决 定 的， 所 以 Redis 使 用 redis.c/tryResizeHashTables 函数来检查数据库所使用的字典是否需要进行收缩：每次 redis.c/serverCron 函数运行的时候，这个函数都会被调用。
/*
* 对服务器中的所有数据库键空间字典、以及过期时间字典进行检查，
* 看是否需要对这些字典进行收缩。
*
* 如果字典的使用空间比率低于 REDIS_HT_MINFILL
* 那么将字典的大小缩小，让 USED/BUCKETS 的比率 <= 1
*/
void tryResizeHashTables(void) { int j;
for (j = 0; j < server.dbnum; j++) { // 缩小键空间字典
if (htNeedsResize(server.db[j].dict)) dictResize(server.db[j].dict);
// 缩小过期时间字典
if (htNeedsResize(server.db[j].expires)) dictResize(server.db[j].expires);
} }
5.1.14 小结
• 数据库主要由 dict 和 expires 两个字典构成，其中 dict 保存键值对，而 expires 则 保存键的过期时间。
• 数据库的键总是一个字符串对象，而值可以是任意一种 Redis 数据类型，包括字符串、哈 希、集合、列表和有序集。
• expires 的某个键和 dict 的某个键共同指向同一个字符串对象，而 expires 键的值则 是该键以毫秒计算的 UNIX 过期时间戳。
• Redis 使用惰性删除和定期删除两种策略来删除过期的键。
• 更新后的 RDB 文件和重写后的 AOF 文件都不会保留已经过期的键。
• 当一个过期键被删除之后，程序会追加一条新的 DEL 命令到现有 AOF 文件末尾。
• 当主节点删除一个过期键之后，它会显式地发送一条 DEL 命令到所有附属节点。
• 附属节点即使发现过期键，也不会自作主张地删除它，而是等待主节点发来 DEL 命令，
这样可以保证主节点和附属节点的数据总是一致的。
• 数据库的 dict 字典和 expires 字典的扩展策略和普通字典一样。它们的收缩策略是：当 节点的填充百分比不足 10% 时，将可用节点数量减少至大于等于当前已用节点数量。
5.2 RDB
在运行情况下，Redis 以数据结构的形式将数据维持在内存中，为了让这些数据在 Redis 重启 之后仍然可用，Redis 分别提供了 RDB 和 AOF 两种持久化模式。
在 Redis 运行时，RDB 程序将当前内存中的数据库快照保存到磁盘文件中，在 Redis 重启动 时，RDB 程序可以通过载入 RDB 文件来还原数据库的状态。
124 Chapter 5. 内部运作机制
Redis 设计与实现, 第一版
RDB 功能最核心的是 rdbSave 和 rdbLoad 两个函数，前者用于生成 RDB 文件到磁盘，而后 者则用于将 RDB 文件中的数据重新载入到内存中：
内存中的 数据对象
磁盘中的 RDB 文件 rdbSave
rdbLoad
本章先介绍SAVE 和BGSAVE 命令的实现，以及 rdbSave 和 rdbLoad 两个函数的运行机制，
然后以图表的方式，分部分来介绍 RDB 文件的组织形式。
因为本章涉及 RDB 运行的相关机制，如果还没了解过 RDB 功能的话，请先阅读 Redis 官网 上的 persistence 手册 。