Redis源码解析3

轩辕阁

Everything is Object
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数据结构
　　在Redis中，用 robj 结构表示一切数据对象，可以把它看作一种元数据（MetaData）
各种不同的结构化数据，通过该对象进行封装、传递、变换、编码，而该对象本身却十分简单
　　其类型定义如下：



1 typedef struct redisObject {
2     unsigned type:4;  // 数据类型
3     unsigned storage:2;  // 数据存储位置（VM管理中用到）
4     unsigned encoding:4; // 数据编码方式
5     unsigned lru:22;   //lru时间计数
6     int refcount; // 引用计数
7 } robj;
　　type字段表示数据类型，有以下几种定义：
REDIS_STRING   // 字符串
REDIS_LIST  // 链表
REDIS_SET  // 集合
REDIS_ZSET  // 有序集合
REDIS_HASH  // HASH结构（注意，此处不同于传统意义上的哈希表（如stl::hash_map），这里的hash仅有字段散列的语义）
REDIS_VMPOINTER  // VM指针（表示数据处于VM管理之下）
　　
　　encoding字段表示数据编码方式，有以下几种定义：
REDIS_ENCODING_RAW  // 原始编码，就是一个原始字符串
REDIS_ENCODING_INT  // INT型编码，会将数字类型的字符串编码成该格式
REDIS_ENCODING_HT  // 哈希表编码，源代码中以dict结构来管理
REDIS_ENCODING_ZIPMAP  // 精简编码的hash结构，更省内存
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST  // 双向链表
REDIS_ENCODING_ZIPLIST  // 精简编码的链表，更省内存
REDIS_ENCODING_INTSET  // 精简编码的集合，更省内存
REDIS_ENCODING_SKIPLIST  //
　　refcount字段是对象引用计数，每多一次引用，该计数加1；每减少一次引用，该计数减1，若减至0，则释放该对象内存

　　

操作流程
　　Redis源代码中，有大量的robj指针在函数间传递
下面，以redis处理“set”命令为例，对 robj的操作进行讲解

　　
　　1. 在 ProcessInlineBuffer、ProcessMultiBulkBUffer中，对命令缓存进行解析
    通常是以空格为分隔符进行分离，每一个字符块都编码为一个独立的robj对象
    对象存储在redisClient结构中的argc数组中，提供给后续函数使用
    InlineBuffer：对应于Redis单行命令
    MultiBulkBuffer：对应于多行命令
　　2. ProcessCommand对命令进行解析，然后进行函数分发
    处理流程进入具体的命令处理函数
　　3. setCommand是对应于“set”命令的处理函数
    该函数非常简单，主要起到一个命令接入作用
    它会对obj-val进行一次尝试性的编码转换，在本例中，会尝试将val对象转换为一个INT型的对象
    转换完成后，进入内部共享函数setGenericCommand处理流程
　　4. setGenericCommand进行实际的“set”操作逻辑处理，即：
    将kv键值对，加入到该连接对应的命名空间中（即一个dict结构）
    对应于该dict结构，插入操作的具体语义由一个全局性的 dictType 进行定义：



1 dictType commandTableDictType = {
2     dictSdsCaseHash,           // hashid计算函数
3     NULL,                      // key构造函数，在本例中NULL表示直接指针赋值
4     NULL,                      // val构造函数，在本例中NULL表示直接指针赋值
5     dictSdsKeyCompare,         // key比较函数
6     dictSdsDestructor,         // key析构函数，该函数会将key作为一个原始字符串进行内存释放
7     dictRedisObjectDestructor  // value析构函数，会对obj-val做一次decrRefCount操作
8 };
　　根据这个操作定义，执行完比后
   obj-key会复制一份原始字符串，将指针加入dict中（复制操作在dbAdd函数中实现）
   obj-val直接将指针加入dict中，同时将该对象的refcount加1（加引用操作在setKey函数中实现）
　　5. 整个处理流程结束后，释放redisClient中的argc对象数组
    在本例中，导致的结果是：
    obj-key引用计数减1，最终值为0，导致对象删除
    obj-val引用计数减1，最终值为1，该对象继续存在于全局key的dict表中

　　
　　继续上一条“set”命令，针对更进一步的命令，对redis的对象编码转换作个初步了解
在下图中，主要注意 appendCommand中，由于该命令需要改变 obj-val对象的值，从而导致obj-val从INT编码状态解码到RAW编码状态。
　　解码时生成了临时对象 obj-decoded
临时对象与obj-append合并，将合并后的值赋给obj-val
　　

　　
　　

　　

引用计数

php中的变量
　　通过引用计数管理对象的生存期，是个好主意。通过上面两张图，也可以初步看出，redis如何通过引用计数来管理对象的生死
在很多动态类型的语言中，也有类似的做法
比如在PHP中，用以下结构表示变量：



1 struct _zval_struct {
2     zvalue_value value;     // 变量的值
3     zend_uint refcount;     // 直接引用计数
4     zend_uchar type;        // 变量类型
5     zend_uchar is_ref;      // 间接引用计数
6 };
7 typedef struct _zval_struct zval;
　　其中，value是一个 “zvalue_value” 类型的指针
zvalue_value是一个union类型的结构，将不同类型的数据整合进了同一个结构里



1 typedef union _zvalue_value {
2     long lval;        // long value
3     double dval;    // double value
4     struct {
5         char *val;
6         int len;
7     } str;          // string value
8     HashTable *ht;    // hash table(array) value
9     zend_object_value obj;  // resource handle
10 } zvalue_value;
　　
　　可以看到，PHP中的变量有两种引用计数
　　1. refcount：直接引用计数，赋值时计数增加
2. is_ref：间接引用计数，赋引用时计数增加
　　之所以有这两个值，是因为PHP中的变量有引用的概念，并且涉及到几个重要原则：
　　1. 赋值零拷贝：变量赋值时，不会复制一份新的变量，而是直接对zval结构加引用，且引用计数加在refcount变量上
                    但是，自定义类对象的赋值，和普通变量不同，默认是赋引用，导致计数加在is_ref上
                    我认为这是PHP语言设计上很混乱的一个地方
　　2. 写时复制：变量改变会引发变量分离，导致复制一份新变量
　　3. 写时改变：变量如果加了is_ref引用，那么变量改变时，不会引发分离，而是直接改变zval的值，使数个引用的变量可以共享改变
                  注意，第2点和第3点是冲突的

　　在redis中，robj的设计在思想上同PHP的变量设计是相同的
　　不过robj没有赋引用的概念，所以设计上应该更简单一些
　　不过，robj上有encode的概念，这在PHP里是没有的，这会导致更多的编码转换
　　编码转换的相关话题，会在后续几篇文章中详细解释


共享对象
　　redis中，为了操作方便，同时为了节省内存，定义了一组全局的共享对象“shared”



1 struct sharedObjectsStruct {
2     robj *crlf, *ok, *err, *emptybulk, *czero, *cone, *cnegone, *pong, *space,
3     *colon, *nullbulk, *nullmultibulk, *queued,
4     *emptymultibulk, *wrongtypeerr, *nokeyerr, *syntaxerr, *sameobjecterr,
5     *outofrangeerr, *loadingerr, *plus,
6     *select0, *select1, *select2, *select3, *select4,
7     *select5, *select6, *select7, *select8, *select9,
8     *messagebulk, *pmessagebulk, *subscribebulk, *unsubscribebulk, *mbulk3,
9     *mbulk4, *psubscribebulk, *punsubscribebulk,
10     *integers[REDIS_SHARED_INTEGERS];
11 };
12
13 extern struct sharedObjectsStruct shared;
　　如上定义，比如其中的 crlf 代表一个“\r\n”字符串对象，ok代表一个"ok"字符串对象
值得注意的是其中有一个 integers的变量，定义为10000大小的数组
　　这个变量是干什么的呢？
　　其实，这应该算是redis里十分精巧的一个设计
因为Redis设计者认为，数字1~10000是绝大部分系统中，都会频繁使用到的数字
所以，系统预定义了这10000个INT对象，以达到节省内存的目的
以后凡是用户输入中包含有10000以内的整数
都不用重新生成新的对象了，而是直接保存一个指针，并将对应共享对象的引用计数加1，就行了。