【redis】Redis操作String类型key的发生了什么？

关于Redis操作（添加、删除、修改、查询）String类型key的完整过程，包括引用源码数据、时序图、磁盘IO读写、数据长度限制和故障处理机制。

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数据结构

Redis对象（robj）

typedef struct redisObject {unsigned type:4;          // 对象类型（如字符串）unsigned encoding:4;      // 对象的编码方式（如 RAW、INT、EMBSTR）unsigned lru:LRU_BITS;    // LRU 时间戳，用于过期和淘汰策略int refcount;             // 引用计数，用于内存管理void *ptr;                // 指向实际数据的指针
} robj;

时序图

以下是Redis操作String类型key的时序图：

（一）添加String类型key

1. 客户端发送命令

客户端通过Redis客户端库（如redis-cli或编程语言的Redis客户端）发送SET命令，格式为：

SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

例如：

SET mykey "Hello" EX 60

此命令将值"Hello"存储到键mykey中，并设置其过期时间为60秒[⁴⁵]。

2. 服务器处理命令

Redis服务器接收到SET命令后，执行以下操作：

• 检查键是否存在：如果命令中包含NX选项（不存在时才设置），服务器会检查键是否已存在。如果键已存在，则返回错误[⁴⁵]。
• 创建或更新键值对：如果键不存在，服务器会创建一个新的键值对；如果键已存在，服务器会更新键的值[⁴⁵]。

3. 数据存储过程

• 键的存储：键通过字典（Dictionary）存储，字典基于哈希表实现。键的哈希值被计算并映射到哈希表中的一个槽（slot）[⁴⁸]。

• 值的存储：值被封装为Redis对象（robj）

  对于String类型的值，ptr指向一个SDS（Simple Dynamic String）对象[⁴⁸]。

4. 设置过期时间（可选）

如果命令中包含EX或PX选项，Redis会为键设置过期时间：

• EX选项设置过期时间为秒级[⁴⁵]。
• PX选项设置过期时间为毫秒级[⁴⁵]。

5. 返回结果

命令执行完成后，Redis服务器返回结果：

• 如果设置成功，返回OK[⁴⁵]。

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（二）删除String类型key

1. 客户端发送命令

客户端发送DEL命令删除键：

DEL key

2. 服务器处理命令

Redis服务器接收到DEL命令后：

• 查找指定的键，如果键存在，则从字典中删除该键[⁴³]。
• 如果键不存在，返回0；如果删除成功，返回1[⁴³]。

3. 数据删除过程

• Redis通过字典的dictDel函数删除键值对。如果键对应的值是大对象（如大字符串），可以使用UNLINK命令异步删除，避免阻塞主线程[⁴⁶]。

4. 返回结果

命令执行完成后，Redis返回删除的键的数量[⁴³]。

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（三）修改String类型key

1. 客户端发送命令

客户端发送SET命令更新键的值：

SET key new_value

2. 服务器处理命令

Redis服务器接收到SET命令后：

• 如果键已存在，更新键的值[⁴⁵]。
• 如果键不存在，创建新的键值对[⁴⁵]。

3. 数据更新过程

• 键值对的更新通过字典的dictReplace函数完成[⁴⁸]。
• 如果键对应的值是大对象，可以使用SETRANGE命令修改部分值[⁴⁷]。

4. 返回结果

命令执行完成后，Redis返回OK[⁴⁵]。

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（四）查询String类型key

1. 客户端发送命令

客户端发送GET命令查询键的值：

GET key

2. 服务器处理命令

Redis服务器接收到GET命令后：

• 查找指定的键，如果键存在，返回键的值[⁴⁷]。
• 如果键不存在，返回nil[⁴⁷]。

3. 数据查询过程

• Redis通过字典的dictFind函数查找键，并返回对应的值[⁴⁸]。

4. 返回结果

命令执行完成后，Redis返回键的值[⁴⁷]。

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持久化

Redis主要是一个内存存储系统，但为了持久化数据，它支持以下两种持久化机制：

（一）RDB（Redis Database File）

• RDB是Redis的快照持久化机制，它会定期将内存中的数据写入磁盘，生成一个RDB文件[⁵⁰]。
• 当添加或更新String类型的键值对时，Redis会根据配置的策略（如save选项）触发RDB持久化[⁵⁰]。

（二）AOF（Append Only File）

• AOF是Redis的追加文件持久化机制，它会将每个写操作追加到AOF文件中[⁵⁰]。
• 当执行SET命令时，Redis会将该操作追加到AOF文件中[⁵⁰]。

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数据长度限制

Redis对String类型key的值大小有限制：

• 单个String类型的值最大长度为512MB[⁴⁹]。
• 如果值超过512MB，可能会导致性能问题或内存不足[⁴⁹]。

优化建议：

• 对于较大的值，可以采用压缩算法进行压缩，减小值的大小[⁴⁹]。
• 使用Redis集群将数据分布在多个节点上，增加总的内存容量[⁴⁹]。

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故障处理机制

（一）大Key删除

• 同步删除：使用DEL命令直接删除大Key，可能会阻塞主线程[⁴⁶]。
• 异步删除：使用UNLINK命令异步删除大Key，Redis会在后台逐步释放内存[⁴⁶]。

（二）内存不足

• 如果Redis内存不足，可以配置maxmemory策略，自动淘汰旧数据[⁵⁰]。
• 使用MEMORY PURGE命令释放未使用的内存[⁵⁰]。

（三）数据丢失

• 启用RDB和AOF持久化机制，确保数据在故障时能够恢复[⁵⁰]。

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接口

Redis操作String类型key的过程包括：

1. 添加：通过SET命令创建或更新键值对，支持过期时间设置。
2. 删除：通过DEL或UNLINK命令删除键。
3. 修改：通过SET或SETRANGE命令更新键的值。
4. 查询：通过GET命令获取键的值。

Redis通过高效的哈希表和动态字符串结构，实现了快速的键值操作。同时，通过RDB和AOF机制，Redis确保了数据的持久化。对于大Key和内存不足等问题，Redis提供了多种优化和故障处理机制，保证系统的稳定性和性能。