Redis 底层原理

# redis.conf
io-threads 4                     # IO 线程数
io-threads-do-reads yes          # 读也使用多线程

# 多线程只用于网络 IO，命令执行仍是单线程

       客户端请求
           ↓
    ┌──────────────┐
    │  IO 多线程   │  ← 读取请求、写入响应
    └──────┬───────┘
           ↓
    ┌──────────────┐
    │  主线程执行  │  ← 命令执行（单线程）
    └──────────────┘

         ┌─────────────────────────────────┐
         │          Event Loop             │
         │  ┌─────────────────────────┐    │
         │  │    epoll/kqueue/select  │    │
         │  └────────────┬────────────┘    │
         │               ↓                 │
         │  ┌─────────────────────────┐    │
         │  │      事件处理器         │    │
         │  │  • 连接处理器           │    │
         │  │  • 命令处理器           │    │
         │  │  • 响应处理器           │    │
         │  └─────────────────────────┘    │
         └─────────────────────────────────┘
                   ↑     ↑     ↑
               Client1 Client2 Client3

1. 客户端发起连接
2. 触发 AE_READABLE 事件
3. 连接处理器创建客户端对象
4. 客户端发送命令
5. 触发 AE_READABLE 事件
6. 命令处理器执行命令
7. 触发 AE_WRITABLE 事件
8. 响应处理器返回结果

struct sdshdr {
    int len;       // 已使用长度
    int alloc;     // 分配的空间
    char flags;    // 类型标志
    char buf[];    // 字符数组
};

typedef struct dict {
    dictType *type;
    dictEntry **ht_table[2];  // 两个哈希表，用于 rehash
    long rehashidx;           // rehash 进度，-1 表示未进行
    // ...
} dict;

1. 分配新哈希表 ht[1]
2. rehashidx = 0
3. 每次操作时迁移 ht[0] 的部分数据到 ht[1]
4. 全部迁移完成后交换 ht[0] 和 ht[1]
5. rehashidx = -1

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ zlbytes │ zltail │ zllen │ entry1 │ entry2 │ zlend │
└─────────────────────────────────────────────────┘

entry 结构:
┌──────────────────┬─────────┬─────────┐
│ prevlen (1/5字节)│ encoding│  data   │
└──────────────────┴─────────┴─────────┘

Level 4:  1 ────────────────────────────→ 9
Level 3:  1 ────────→ 5 ────────────────→ 9
Level 2:  1 ────→ 3 → 5 ────→ 7 ────────→ 9
Level 1:  1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 8 → 9

# Hash
hash-max-listpack-entries 512
hash-max-listpack-value 64

# List
list-max-listpack-size -2    # 每个节点最大 8KB

# Set
set-max-intset-entries 512

# ZSet
zset-max-listpack-entries 128
zset-max-listpack-value 64

每次执行：
1. 从有过期时间的 key 中随机取 20 个
2. 删除其中已过期的 key
3. 如果过期 key 超过 25%，重复步骤 1
4. 最多执行 25ms

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;       // 类型（string/list/hash/set/zset）
    unsigned encoding:4;   // 编码方式
    unsigned lru:24;       // LRU 时间或 LFU 计数
    int refcount;          // 引用计数
    void *ptr;             // 指向实际数据
} robj;

Redis 内存分配器：
├── jemalloc（默认，推荐）
├── tcmalloc
└── libc malloc

jemalloc 特点：
├── 减少内存碎片
├── 多线程性能好
└── 支持内存统计

Redis 启动时创建共享对象：
├── 0-9999 的整数
├── 常用字符串（OK、ERR 等）
└── 空对象

简单字符串：+OK\r\n
错误：-ERR unknown command\r\n
整数：:1000\r\n
批量字符串：$6\r\nfoobar\r\n
数组：*2\r\n$3\r\nGET\r\n$3\r\nkey\r\n
空：$-1\r\n 或 *-1\r\n

SET key value
→ *3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n

+OK\r\n           # SET 成功
$5\r\nvalue\r\n   # GET 返回 value