《01 | 基本架构：一个键值数据库包含什么？》笔记

简介

基础篇强调构建系统观，重在让读者对 Redis 的总体架构和关键模块有一个全局的认知，然后再深入到具体的技术。本章是基础篇的第一篇。第一篇从 SimpleKV 这个虚构的 kv 数据库开始讲解，通过逐步推演构造 SimpleKV 来构建知识框架。

关键问题

1. 掌握数据模型和操作接口
   前者突出可以存什么数据，后者突出可以对数据作什么操作。

数据模型：key 往往大同小异，重点在于 value 类型支持。Memcached 仅支持 String. Redis 支持的 value 类型包括 String、哈希表、列表、集合等。Redis 受欢迎的一个重要原因就在于支持丰富的 value 类型。

数据操作，最基本的：

• Put：插入/更新
• Get：获取指定 key 对应的 value
• Delete: 删除指定键值
• Scan：根据指定 key 范围返回 value 列表

2. 键值对保存在内存还是外村
   Memcache/ Redis 都是内存型。SimpleKV 也采用内存型。外存会更复杂。

3. 采用什么访问模式

• 函数库调用的方式供外部使用：比如动态链接库的方式
• 通过网络框架以 socket 通信的方式访问

4. 如何定位键值对的位置
   索引的作用是让键值数据库根据 key 找到相应 value 的存储位置，进而执行操作。索引类型有哈希表、B+ 树、字典树等，Memcache 和 Redis 均采用哈希表，SimpleKV 也如此。哈希表复杂度 O(1 )，内存的高性能随机访问特性和哈希表很匹配。

5. 不同操作的具体逻辑是怎样的

• Get/Scan：根据索引找到 value 存储位置，返回 value 值即可。
• Put: 为一个新的键值对分配内存空间，并进行设置
• Delete：删除键值对，并释放相应的空间，这个过程由分配器完成。

6. 如何实现重启后快速提供服务？

「SimpleKV 采用了常用的内存分配器 glibc 的 malloc 和 free，因此，SimpleKV 并不需要特别考虑内存空间的管理问题。但是，键值数据库的键值对通常大小不一，glibc 的分配器在处理随机的大小内存块分配时，表现并不好。一旦保存的键值对数据规模过大，就可能会造成较严重的内存碎片问题。」

分配器是内存数据库的一个关键因素。Redis 的内存分配器提供了多种选择。为重启后快速提供服务，KV 数据库也要有持久化功能。SimpleKV 采用文件存储方式。

实现上，有两种方式：

• 每次操作都要罗盘，数据可靠性高，但频繁写盘性能差
• 周期性的写文件罗盘，性能高，但可能丢数据

KV 数据库的基本结构

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通过 SimpleKV 这么一个麻雀虽小五脏俱全的数据库，学习内存 KV 的基本组件，便于进一步学习 Redis.

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SimpleKV 和 Redis 的几个关键差异：

• Redis 通过网络框架访问，而不是动态库
• Redis 提供更加丰富的数据类型
• Redis 提供更完善的持久化能力，包含日志 AOF、快照 RDB 两种方式。
• Redis 提供集群能力，支持高可靠、高可扩展集群能力