数据库键空间 ---------------- Redis 是一个键值对（key-value pair）数据库服务器， 服务器中的每个数据库都由一个 ``redis.h/redisDb`` 结构表示， 其中， ``redisDb`` 结构的 ``dict`` 字典保存了数据库中的所有键值对， 我们将这个字典称为键空间（key space）： :: typedef struct redisDb { // ... // 数据库键空间，保存着数据库中的所有键值对 dict *dict; // ... } redisDb; 键空间和用户所见的数据库是直接对应的： - 键空间的键也就是数据库的键， 每个键都是一个字符串对象。 - 键空间的值也就是数据库的值， 每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序集合对象在内的任意一种 Redis 对象。 举个例子， 如果我们在空白的数据库中执行以下命令： :: redis> SET message "hello world" OK redis> RPUSH alphabet "a" "b" "c" (integer) 3 redis> HSET book name "Redis in Action" (integer) 1 redis> HSET book author "Josiah L. Carlson" (integer) 1 redis> HSET book publisher "Manning" (integer) 1 那么在这些命令执行之后， 数据库的键空间将会是图 IMAGE_DB_EXAMPLE 所展示的样子： - ``alphabet`` 是一个列表键， 键的名字是一个包含字符串 ``"alphabet"`` 的字符串对象， 键的值则是一个包含三个元素的列表对象。 - ``book`` 是一个哈希表键， 键的名字是一个包含字符串 ``"book"`` 的字符串对象， 键的值则是一个包含三个键值对的哈希表对象。 - ``message`` 是一个字符串键， 键的名字是一个包含字符串 ``"message"`` 的字符串对象， 键的值则是一个包含字符串 ``"hello world"`` 的字符串对象。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_DB_EXAMPLE 数据库键空间例子"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"book\" | StringObject \n \"message\""]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c; label = "ListObject"; } //alphabet [label = " ListObject | { StringObject \n \"a\" | \"b\" | \"c\" }"]; book [label = " HashObject | StringObject \n \"name\" | StringObject \n \"author\" | StringObject \n \"publisher\""]; //name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; author [label = " StringObject \n \"Josiah L. Carlson\""]; publisher [label = " StringObject \n \"Manning\""]; message [label = " StringObject \n \"hello world\""]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a; dict:book -> book:head; dict:message -> message; book:name -> name; book:publisher -> publisher; book:author -> author; } 因为数据库的键空间是一个字典， 所以所有针对数据库的操作 —— 比如添加一个键值对到数据库， 或者从数据库中删除一个键值对， 又或者在数据库中获取某个键值对， 等等， 实际上都是通过对键空间字典进行操作来实现的， 以下几个小节将分别介绍数据库的添加、删除、更新、取值等操作的实现原理。 添加新键 ^^^^^^^^^^^^^ 添加一个新键值对到数据库， 实际上就是将一个新键值对添加到键空间字典里面， 其中键为字符串对象， 而值则为任意一种类型的 Redis 对象。 举个例子， 如果键空间当前的状态如图 IMAGE_DB_EXAMPLE 所示， 那么在执行以下命令之后： :: redis> SET date "2013.12.1" OK 键空间将添加一个新的键值对， 这个新键值对的键是一个包含字符串 ``"date"`` 的字符串对象， 而键值对的值则是一个包含字符串 ``"2013.12.1"`` 的字符串对象， 如图 IMAGE_DB_AFTER_ADD_NEW_KEY 所示。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_DB_AFTER_ADD_NEW_KEY 添加 date 键之后的键空间"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"book\" | StringObject \n \"message\" | StringObject \n \"date\""]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c; label = "ListObject"; } book [label = " HashObject | StringObject \n \"name\" | StringObject \n \"author\" | StringObject \n \"publisher\""]; name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; author [label = " StringObject \n \"Josiah L. Carlson\""]; publisher [label = " StringObject \n \"Manning\""]; message [label = " StringObject \n \"hello world\""]; date [label = " StringObject \n \"2013.12.1\""]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a; dict:book -> book:head; dict:message -> message; book:name -> name; book:publisher -> publisher; book:author -> author; dict:date -> date; // node [shape = plaintext] newadd [label = "新添加"] newadd -> dict:date [style = dashed] } 删除键 ^^^^^^^^^ 删除数据库中的一个键， 实际上就是在键空间里面删除键所对应的键值对对象。 举个例子， 如果键空间当前的状态如图 IMAGE_DB_EXAMPLE 所示， 那么在执行以下命令之后： :: redis> DEL book (integer) 1 键 ``book`` 以及它的值将从键空间中被删除， 如图 IMAGE_DB_AFTER_DEL 所示。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_DB_AFTER_DEL 删除 book 键之后的键空间"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"message\""]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c; label = "ListObject"; } message [label = " StringObject \n \"hello world\""]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a; dict:message -> message; } 更新键 ^^^^^^^^^^ 对一个数据库键进行更新， 实际上就是对键空间里面键所对应的值对象进行更新， 根据值对象的类型不同， 更新的具体方法也会有所不同。 举个例子， 如果键空间当前的状态如图 IMAGE_DB_EXAMPLE 所示， 那么在执行以下命令之后： :: redis> SET message "blah blah" OK 键 ``message`` 的值对象将从之前包含 ``"hello world"`` 字符串更新为包含 ``"blah blah"`` 字符串， 如图 IMAGE_DB_UPDATE_CAUSE_SET 所示。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_DB_UPDATE_CAUSE_SET 使用 SET 命令更新 message 键"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"book\" | StringObject \n \"message\""]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c; label = "ListObject"; } book [label = " HashObject | StringObject \n \"name\" | StringObject \n \"author\" | StringObject \n \"publisher\""]; name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; author [label = " StringObject \n \"Josiah L. Carlson\""]; publisher [label = " StringObject \n \"Manning\""]; message [label = " StringObject \n \"blah blah\""]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a; dict:book -> book:head; dict:message -> message; book:name -> name; book:publisher -> publisher; book:author -> author; // node [shape = plaintext] update [label = "更新值对象"] update -> message [style = dashed] } 再举个例子， 如果我们继续执行以下命令： :: redis> HSET book page 320 (integer) 1 那么键空间中 ``book`` 键的值对象（一个哈希对象）将被更新， 新的键值对 ``page`` 和 ``320`` 会被添加到值对象里面， 如图 IMAGE_UPDATE_BY_HSET 所示。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_UPDATE_BY_HSET 使用 HSET 更新 book 键"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"book\" | StringObject \n \"message\" "]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c; label = "ListObject"; } book [label = " HashObject | StringObject \n \"name\" | StringObject \n \"author\" | StringObject \n \"publisher\" | StringObject \n \"page\" "]; name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; author [label = " StringObject \n \"Josiah L. Carlson\""]; publisher [label = " StringObject \n \"Manning\""]; page [label = " StringObject \n 320"]; message [label = " StringObject \n \"blah blah\""]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a; dict:book -> book:head; dict:message -> message; book:name -> name; book:publisher -> publisher; book:author -> author; book:page -> page; // node [shape = plaintext] update [label = "新添加"] update -> book:page [style = dashed] } 对键取值 ^^^^^^^^^^^^ 对一个数据库键进行取值， 实际上就是在键空间中取出键所对应的值对象， 根据值对象的类型不同， 具体的取值方法也会有所不同。 举个例子， 如果键空间当前的状态如图 IMAGE_DB_EXAMPLE 所示， 那么当执行以下命令时： :: redis> GET message "hello world" :ref:`GET` 命令将首先在键空间中查找键 ``message`` ， 找到键之后接着取得该键所对应的字符串对象值， 之后再返回值对象所包含的字符串 ``"hello world"`` ， 取值过程如图 IMAGE_FETCH_VALUE_VIA_GET 所示。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_FETCH_VALUE_VIA_GET 使用 GET 命令取值的过程"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"book\" | StringObject \n \"message\""]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c; label = "ListObject"; } book [label = " HashObject | StringObject \n \"name\" | StringObject \n \"author\" | StringObject \n \"publisher\""]; name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; author [label = " StringObject \n \"Josiah L. Carlson\""]; publisher [label = " StringObject \n \"Manning\""]; message [label = " StringObject \n \"hello world\""]; get [label = "GET", shape = plaintext]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a; dict:book -> book:head; dict:message -> message:head [label = "2）取值", style = dashed]; book:name -> name; book:publisher -> publisher; book:author -> author; get -> dict:message [label = "1）查找键", style = dashed]; } 再举一个例子， 当执行以下命令时： :: redis> LRANGE alphabet 0 -1 1) "a" 2) "b" 3) "c" :ref:`LRANGE` 命令将首先在键空间中查找键 ``alphabet`` ， 找到键之后接着取得该键所对应的列表对象值， 之后再返回列表对象中包含的三个字符串对象的值， 取值过程如图 IMAGE_FETCH_VALUE_VIA_LRANGE 所示。 .. graphviz:: digraph { label = "\n图 IMAGE_FETCH_VALUE_VIA_LRANGE 使用 LRANGE 命令取值的过程"; rankdir = LR; node [shape = record]; // redisDb [label = "redisDb | ... | dict | ..."]; dict [label = " dict | StringObject \n \"alphabet\" | StringObject \n \"book\" | StringObject \n \"message\""]; subgraph cluster_alphabet { a [label = " StringObject \n \"a\" "]; b [label = " StringObject \n \"b\" "]; c [label = " StringObject \n \"c\" "]; a -> b -> c [style = dashed]; label = "ListObject"; } book [label = " HashObject | StringObject \n \"name\" | StringObject \n \"author\" | StringObject \n \"publisher\""]; name [label = " StringObject \n \"Redis in Action\""]; author [label = " StringObject \n \"Josiah L. Carlson\""]; publisher [label = " StringObject \n \"Manning\""]; message [label = " StringObject \n \"hello world\""]; lrange [label = "LRANGE", shape = plaintext]; // redisDb:dict -> dict:dict; dict:alphabet -> a [label = "2）取值", style = dashed]; dict:book -> book:head; dict:message -> message:head; book:name -> name:head; book:publisher -> publisher:head; book:author -> author:head; lrange -> dict:alphabet [label = "1）查找键", style = dashed]; } .. 关于取值要处理的另外两种情况是： - 如果要取值的键并不存在于键空间中， 那么服务器将向发送取值命令的客户端返回一个空回复。 - 如果要取值的键存在于键空间中， 但该键的类型和取值命令所能处理的键的类型不相同， 那么服务器将向发送取值命令的客户端返回一个类型错误。 比如说， 如果我们试图对一些不存在的键进行取值， 那么服务器将返回空回复： :: redis> GET not_exists_key (nil) redis> LRANGE another_not_exists_key 0 -1 (empty list or set) 返回空回复是因为 :ref:`GET` 命令和 :ref:`LRANGE` 命令在键空间中都没有找到命令所指示的键， 所以它们只能向客户端返回空回复。 另外， 如果我们试图用 :ref:`LRANGE` 命令取出字符串键 ``message`` 的值， 那么服务器将返回一个类型错误： :: redis> LRANGE message 0 -1 (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value 因为 :ref:`LRANGE` 命令虽然能找到 ``message`` 键， 但它却发现该键的值是自己所不能处理的字符串对象， 所以 :ref:`LRANGE` 命令向客户端返回一个类型错误。 其他键空间操作 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 除了上面列出的添加、删除、更新、取值操作之外， 还有很多针对数据库本身的 Redis 命令， 也是通过对键空间进行处理来完成的。 比如说， 用于清空整个数据库的 :ref:`FLUSHDB` 命令， 就是通过删除键空间中的所有键值对来实现的。 又比如说， 用于随机返回数据库中某个键的 :ref:`RANDOMKEY` 命令， 就是通过在键空间中随机返回一个键来实现的。 另外， 用于返回数据库键数量的 :ref:`DBSIZE` 命令， 就是通过返回键空间中包含键值对的数量来实现的。 类似的命令还有 :ref:`EXISTS` 、 :ref:`RENAME` 、 :ref:`KEYS` ， 等等， 这些命令都是通过对键空间进行操作来实现的。 读写键空间时的维护操作 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 当使用 Redis 命令对数据库进行读写时， 服务器不仅会对键空间执行指定的读写操作， 还会执行一些额外的维护操作， 其中包括： - 在读取一个键之后（读操作和写操作都要对键进行读取）， 服务器会根据键是否存在， 以此来更新服务器的键空间命中（hit）次数或键空间不命中（miss）次数， 这两个值可以在 :ref:`INFO stats ` 命令的 ``keyspace_hits`` 属性和 ``keyspace_misses`` 属性中查看。 - 在读取一个键之后， 服务器会更新键的 LRU （最后一次使用）时间， 这个值可以用于计算键的闲置时间， 使用命令 :ref:`OBJECT idletime \ ` 命令可以查看键 ``key`` 的闲置时间。 - 如果服务器在读取一个键时， 发现该键已经过期， 那么服务器会先删除这个过期键， 然后才执行余下的其他操作， 本章稍后对过期键的讨论会详细说明这一点。 - 如果有客户端使用 :ref:`WATCH` 命令监视了某个键， 那么服务器在对被监视的键进行修改之后， 会将这个键标记为脏（dirty）， 从而让事务程序注意到这个键已经被修改过， 《事务》一章会详细说明这一点。 - 服务器每次修改一个键之后， 都会对脏（dirty）键计数器的值增一， 这个计数器会触发服务器的持久化以及复制操作执行， 《RDB 持久化》、《AOF 持久化》和《复制》这三章都会说到这一点。 - 如果服务器开启了数据库通知功能， 那么在对键进行修改之后， 服务器将按配置发送相应的数据库通知， 本章稍后讨论数据库通知功能的实现时会详细说明这一点。