Redis设计与实现（Redis技术专家撰写，深入了解Redis技术内幕的之作。从源码角度解析Redis的架构设计、实现原理和工作机制，为高效使用Redis提供原理性指导） 115盘 下载 pdf txt 电子版 mobi snb docx

本书全面而完整地讲解了Redis的内部机制与实现方式，对Redis 的大多数单机功能以及所有多机功能的实现原理进行了介绍，展示了这些功能的核心数据结构以及关键的算法思想。通过阅读本书，读者可以快速、有效地了解Redis 的内部构造以及运作机制，这些知识可以帮助读者更好、更高效地使用Redis 。

本书主要分为四大部分。部分“数据结构与对象”介绍了Redis中的各种对象及其数据结构，并说明这些数据结构如何影响对象的功能和性能。第二部分“单机数据库的实现”对Redis 实现单机数据库的方法进行了介绍，包括数据库、RDB 持久化、AOF 持久化、事件等。 第三部分“多机数据库的实现” 对Redis 的Sentinel 、复制（replication）、集 群（cluster）三个多机功能进行了介绍。 第四部分“独立功能的实现” 对Redis 中各个相对独立的功能模块进行了介绍，涉及发布与订阅、事务、Lua脚本、排序、二进制位数组、慢查询日志、监视器等。本书作者专门维护了www.redisbook.com 网站，提供带有详细注释的Redis 源代码，以及本书相关的更新内容。

前言

致谢

第1章?引言1

1.1?Redis版本说明1

1.2?章节编排1

1.3?推荐的阅读方法4

1.4?行文规则4

1.5?配套网站5

部分?数据结构与对象

第2章?简单动态字符串8

2.1?SDS的定义9

2.2?SDS与C字符串的区别10

2.3?SDS API17

2.4?重点回顾18

2.5?参考资料18

第3章?链表19

3.1?链表和链表节点的实现20

3.2?链表和链表节点的API21

3.3?重点回顾22

第4章?字典23

4.1?字典的实现24

4.2?哈希算法27

4.3?解决键冲突28

4.4?rehash 29

4.5?渐进式rehash32

4.6?字典API36

4.7?重点回顾37

第5章?跳跃表38

5.1?跳跃表的实现39

5.2?跳跃表API44

5.3?重点回顾45

第6章?整数集合46

6.1?整数集合的实现46

6.2?升级48

6.3?升级的好处50

6.4?降级51

6.5?整数集合API51

6.6?重点回顾51

第7章?压缩列表52

7.1?压缩列表的构成52

7.2?压缩列表节点的构成54

7.3?连锁更新57

7.4?压缩列表API59

7.5?重点回顾59

第8章?对象60

8.1?对象的类型与编码60

8.2?字符串对象64

8.3?列表对象68

8.4?哈希对象71

8.5?集合对象75

8.6?有序集合对象77

8.7?类型检查与命令多态81

8.8?内存回收84

8.9?对象共享85

8.10?对象的空转时长87

8.11?重点回顾88

第二部分?单机数据库的实现

第9章?数据库90

9.1?服务器中的数据库90

9.2?切换数据库91

9.3?数据库键空间93

9.4?设置键的生存时间或过期时间99

9.5?过期键删除策略107

9.6?Redis的过期键删除策略108

9.7?AOF、RDB和复制功能对过期键的处理111

9.8?数据库通知113

9.9?重点回顾117

第10章?RDB持久化118

10.1?RDB 文件的创建与载入119

10.2?自动间隔性保存121

10.3?RDB 文件结构125

10.4?分析RDB文件133

10.5?重点回顾137

10.6?参考资料137

第11章?AOF持久化138

11.1?AOF持久化的实现139

11.2?AOF文件的载入与数据还原142

11.3?AOF重写143

11.4?重点回顾150

第12章?事件151

12.1?文件事件151

12.2?时间事件156

12.3?事件的调度与执行159

12.4?重点回顾161

12.5?参考资料161

第13章?客户端162

13.1?客户端属性163

13.2?客户端的创建与关闭172

13.3?重点回顾174

第14章?服务器176

14.1?命令请求的执行过程176

14.2?serverCron函数184

14.3?初始化服务器192

14.4?重点回顾196

第三部分?多机数据库的实现

第15章?复制198

15.1?旧版复制功能的实现199

15.2?旧版复制功能的缺陷201

15.3?新版复制功能的实现203

15.4?部分重同步的实现204

15.5?PSYNC 命令的实现209

15.6?复制的实现211

15.7?心跳检测216

15.8?重点回顾218

第16章?Sentinel219

16.1?启动并初始化Sentinel 220

16.2?获取主服务器信息227

16.3?获取从服务器信息229

16.4?向主服务器和从服务器发送信息230

16.5?接收来自主服务器和从服务器的频道信息231

16.6?检测主观下线状态234

16.7?检查客观下线状态236

16.8?选举领头Sentinel 238

16.9?故障转移240

16.10?重点回顾243

16.11?参考资料244

第17章?集群245

17.1?节点245

17.2?槽指派251

17.3?在集群中执行命令258

17.4?重新分片265

17.5?ASK错误267

17.6?复制与故障转移273

17.7?消息281

17.8?重点回顾288

第四部分?独立功能的实现

第18章?发布与订阅290

18.1?频道的订阅与退订292

18.2?模式的订阅与退订295

18.3?发送消息298

18.4?查看订阅信息300

18.5?重点回顾303

18.6?参考资料304

第19章?事务305

19.1?事务的实现306

19.2?WATCH 命令的实现310

19.3?事务的ACID 性质314

19.4?重点回顾319

19.5?参考资料320

第20章?Lua脚本321

20.1?创建并修改Lua 环境322

20.2?Lua 环境协作组件327

20.3?EVAL命令的实现329

20.4?EVALSHA 命令的实现332

20.5?脚本管理命令的实现333

20.6?脚本复制336

20.7?重点回顾342

20.8?参考资料343

第21章?排序344

21.1?SORT 命令的实现345

21.2?ALPHA 选项的实现347

21.3?ASC 选项和DESC 选项的实现348

21.4?BY选项的实现350

21.5?带有ALPHA 选项的BY 选项的实现352

21.6?LIMIT 选项的实现353

21.7?GET选项的实现355

21.8?STORE 选项的实现358

21.9?多个选项的执行顺序359

21.10?重点回顾361

第22章?二进制位数组362

22.1?位数组的表示363

22.2?GETBIT命令的实现365

22.3?SETBIT 命令的实现366

22.4?BITCOUNT 命令的实现369

22.5?BITOP 命令的实现376

22.6?重点回顾377

22.7?参考资料377

第23章?慢查询日志378

23.1?慢查询记录的保存380

23.2?慢查询日志的阅览和删除382

23.3?添加新日志383

23.4?重点回顾385

第24章?监视器386

24.1?成为监视器387

24.2?向监视器发送命令信息387

24.3?重点回顾388

黄健宏 软件开发者，他喜欢函数式编程，热爱开源软件。出于对数据库的强烈兴趣，他开始阅读和分析 Redis 源代码，并对 Redis 2.6 和 Redis 3.0 的源代码进行了详细注释。他翻译并维护着 Redis 中文文档网站 www.RedisDoc .com ，编写 了 OORedis 库。除此之外，他还是《Redis in Action》一书的译者。

作者的豆瓣主页：douban.com/people/i_m_huangz/

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C 字符串：API 是不安全的，可能会造成缓冲区溢出；SDS：API 是安全的，不会造成缓冲区溢出

Redis的I/O多路复用程序的所有功能都是通过包装常见的select、epoll、evport和kqueue这些I/O多路复用函数库来实现的，每个I/O多路复用函数库在Redis源码中都对应一个单独的文件，比如ae_select.c、ae_epoll.c、ae_kqueue.c，诸如此类。

因为Redis为每个I/O多路复用函数库都实现了相同的API，所以I/O多路复用程序的底层实现是可以互换的，如图12-3所示。

Redis在I/O多路复用程序的实现源码中庸#include宏定义了相应的规则，程序会在编译时自动选择系统中性能最高的I/O多路复用函数库来作为Redis的I/O多路复用程序的底层实现

图 4-12 至图 4-17 展示了一次完整的渐进式 rehash 过程，注意观察在整个 rehash 过程中，字典的 rehashidx 属性是如何变化的。

前言

时间回到2011年4月，当时我正在编写一个用户关系模块，这个模块需要实现一个“共同关注”功能，用于计算出两个用户关注了哪些相同的用户。

　　举个例子，假设huangz关注了peter、tom、jack三个用户，而john关注了peter、tom、bob、david四个用户，那么当huangz访问john的页面时，共同关注功能就会计算并打印出类似“你跟john都关注了peter和tom”这样的信息。

　　从集合计算的角度来看，共同关注功能本质上就是计算两个用户关注集合的交集，因为交集这个概念是如此的常见，所以我很自然地认为共同关注这个功能可以很容易地实现，但现实却给了我当头一棒：我所使用的关系数据库并不直接支持交集计算操作，要计算两个集合的交集，除了需要对两个数据表执行合并（join）操作之外，还需要对合并的结果执行去重复（distinct）操作， 终导致交集操作的实现变得异常复杂。

　　是否存在直接支持集合操作的数据库呢？带着这个疑问，我在搜索引擎上面进行查找，并 终发现了Redis。在我看来，Redis正是我想要找的那种数据库——它内置了集合数据类型，并支持对集合执行交集、并集、差集等集合计算操作，其中的交集计算操作可以直接用于实现我想要的共同关注功能。

　　得益于Redis本身的简单性，以及Redis手册的详尽和完善，我很快学会了怎样使用Redis的集合数据类型，并用它重新实现了整个用户关系模块：重写之后的关系模块不仅代码量更少，速度更快，更重要的是，之前需要使用一段甚至一大段SQL查询才能实现的功能，现在只需要调用一两个Redis命令就能够实现了，整个模块的可读性得到了极大的提高。

　　自此之后，我开始在越来越多的项目里面使用Redis，与此同时，我对Redis的内部实现也越来越感兴趣，一些问题开始频繁地出现在我的脑海中，比如：

　　??Redis的五种数据类型分别是由什么数据结构实现的？

　　??Redis的字符串数据类型既可以存储字符串（比如"hello world"），又可以存储整数和浮点数（比如10086和3.14），甚至是二进制位（使用SETBIT等命令），Redis在内部是怎样存储这些值的？

　　??Redis的一部分命令只能对特定数据类型执行（比如APPEND只能对字符串执行，HSET只能对哈希表执行），而另一部分命令却可以对所有数据类型执行（比如DEL、TYPE和EXPIRE），不同的命令在执行时是如何进行类型检查的？Redis在内部是否实现了一个类型系统？

　　??Redis的数据库是怎样存储各种不同数据类型的键值对的？数据库里面的过期键又是怎样实现自动删除的？

　　??除了数据库之外，Redis还拥有发布与订阅、脚本、事务等特性，这些特性又是如何实现的？

　　??Redis使用什么模型或者模式来处理客户端的命令请求？一条命令请求从发送到返回需要经过什么步骤？

　　为了找到这些问题的答案，我再次在搜索引擎上面进行查找，可惜的是这次搜索并没有多少收获：Redis还是一个非常年轻的软件，对它的 好介绍就是官方网站上面的文档，但是这些文档主要关注的是怎样使用Redis，而不是介绍Redis的内部实现。另外，网上虽然有一些博客文章对Redis的内部实现进行了介绍，但这些文章要么不齐全（只介绍了Redis中的少数几个特性），要么就写得过于简单（只是一些概述性的文章），要么关注的就是旧版本（比如2.0、2.2或者2.4，而当时的 新版已经是2.6了）。

　　综合来看，详细而且完整地介绍Redis内部实现的资料，无论是外文还是中文都不存在。意识到这一点之后，我决定自己动手注释Redis的源代码，从中寻找问题的答案，并通过写博客的方式与其他Redis用户分享我的发现。在积累了七八篇Redis源代码注释文章之后，我想如果能将这些博文汇集成书的话，那一定会非常有趣，并且我自己也会从中学到很多知识。于是我在2012年年末开始创作《Redis设计与实现》，并 终于2013年3月8日在互联网发布了本书的版。

　　尽管《Redis设计与实现》版顺利发布了，但在我的心目中，这个版还是有很多不完善的地方：

　　??比如说，因为版是我边注释Redis源代码边写的，如果有足够时间让我先完整地注释一遍Redis的源代码，然后再进行写作的话，那么书本在内容方面应该会更为全面。

　　??又比如说，版只介绍了Redis的内部机制和单机特性，但并没有介绍Redis多机特性，而我认为只有将关于多机特性的介绍也包含进来，这本《Redis设计与实现》才算是真正的完成了。

　　就在我考虑应该何时编写新版来修复这些缺陷的时候，机械工业出版社的吴怡编辑来信询问我是否有兴趣正式地出版《Redis设计与实现》，能够正式地出版自己写的书一直是我梦寐以求的事情，我找不到任何拒绝这一邀请的理由，就这样，在《Redis设计与实现》版发布几天之后，新版《Redis设计与实现》的写作也马不停蹄地开始了。

　　从2013年3月到2014年1月这11个月间，我重新注释了Redis在unstable分支的源代码（也即是现在的Redis 3.0源代码），重写了《Redis设计与实现》版已有的所有章节，并向书中添加了关于二进制位操作（bitop）、排序、

书籍介绍

【官方网站】

本书的官方网站 www.RedisBook.com 提供了书本试读、相关源码下载和勘误回报等服务，欢迎读者浏览和使用。

【编辑推荐】

系统而全面地描述了 Redis 内部运行机制

图示丰富，描述清晰，并给出大量参考信息，是NoSQL数据库开发人员案头必备

包括大部分Redis单机特征，以及所有多机特性

【读者评价】

这本书描述的知识点很丰富，覆盖很全，里面提到特性较多，有不少我们也没用过 :) 每个命令内部的机制的介绍很不错，很多估计也是首次有详细文档介绍。

——杨卫华（@TimYang）新浪微博技术总监

近几年Redis以其高性能、高灵活性的优点，变得越来越流行。但很多人在使用Redis时，仅仅还是停留在比较表层的功能性认识，缺乏对内部机制原理的深入理解。本书是huangz同学长期对Redis源码的阅读心得结晶，书中对Redis的各个方面都进行了详细且深入的讲解，将复杂的原理用最简单的方式为大家解构和讲解，强烈推荐给每一位Redis的使用者阅读。

—— iammutex，NoSQLFan站长，乐视网技术经理

Redis 是近些年来特别火爆的 NoSQL 之一。纵观中外各种书籍还没有一本能对 Redis 内部进行深入剖析，《Redis 设计与实现》可谓开此先河。常和作者在网上交流，知道作者为这本书付出了大量的心血。这本书行文流畅，思路清晰，详细地介绍了 Redis 源码的方方面面。无论是想学习 NoSQL、网络编程的初学者，还是源码控的进阶者，本书都会有很大的帮助。

—— 阮若夷，支付宝高级专家

【内容简介】

本书全面而完整地讲解了Redis的内部机制与实现方式，对Redis的大多数单机功能以及所有多机功能的实现原理进行了介绍，展示了这些功能的核心数据结构以及关键的算法思想,图示丰富，描述清晰，并给出大量参考信息。通过阅读本书，读者可以快速、有效地了解Redis的内部构造以及运作机制，更好、更高效地使用Redis。

本书主要分为四大部分。第一部分“数据结构与对象”介绍了Redis中的各种对象及其数据结构，并说明这些数据结构如何影响对象的功能和性能。第二部分“单机数据库的实现”对Redis实现单机数据库的方法进行了介绍，包括数据库、RDB持久化、AOF持久化、事件等。第三部分“多机数据库的实现”对Redis的Sentinel、复制、集群三个多机功能进行了介绍。第四部分“独立功能的实现”对Redis中各个相对独立的功能模块进行了介绍，涉及发布与订阅、事务、Lua脚本、排序、二进制位数组、慢查询日志、监视器等。本书作者专门维护了www.redisbook.com网站，提供带有详细注释的Redis源代码，以及本书相关的更新内容。