Redis设计与实现第10章 -- RDB持久化 总结 （创建、载入、自动保存、文件结构）
Redis是内存数据库，数据库状态存储在内存里，如果服务器进程退出，服务器的数据库状态没有保存到磁盘里，就会丢失。为了解决这个问题，Redis提供了RDB持久化功能，可以把Redis在内存里的数据库状态保存在磁盘里。
RDB持久化可以把某个时间点上的数据库状态保存到RDB文件里，既可以手动执行，也可以根据服务器配置选项定期执行。生成的的RDB文件是一个经过压缩的二进制文件，可以通过该文件还原生成RDB文件时的数据库状态。
10.1 RDB文件的创建与载入
创建RDB文件，用SAVE或BGSAVESAVE命令会阻塞Redis服务器进程，直到RDB文件创建完毕为止，在服务器进程阻塞期间，服务器不能处理任何命令请求。
BGSAVE命令会派生出一个子进程，由该子进程负责创建RDB文件，服务器进程（父进程）继续处理命令请求
创建RDB文件由rdb.c/rdbSave函数完成
子进程的fork返回的值是0，父进程返回的是子进程的进程ID
def SAVE():
#创建RDB文件
rdbsave()
def BGSAVE():
#创建子进程
pid = fork()
if pid == 0:
#子进程负贵创建RDB文件
rdbSave()
#完成之后向父进程发送信号
signal_parent()
elif pid >0:
#父进程继续处理命令请求，并通过轮询等待子进程的信号
handle_request_and_wait_signal()
else:
#处理出错情况
handle_fork_error()
RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，只要Redis服务器在启动时检测到RDB文件存在，就会自动载入RDB文件。所以Redis并没有专门用于载入RDB文件的命令。
启动的时候日志里打印loaded from disk:.... 表示服务器载入了RDB文件
因为AOF文件的更新频率通常比RDB文件的更新频率高，所以：
- 如果服务器开启了AOF持久化功能，会优先用AOF文件来还原数据库状态
- 未开启的时候，才会用RDB文件来还原数据库状态
10.1.1 SAVE命令执行时的服务器状态
客户端发送的所有命令请求都会被拒绝，在服务器执行完SAVE命令、重新开始接受命令请求后，客户端发送的命令才会被处理10.1.2 BGSAVE命令执行时的服务器状态
服务器仍然可以处理客户端的命令请求，但是在BGSAVE命令执行期间，服务器处理SAVE，BGSAVE，BGREWRITEAOF 三个命令的方式会有所改变- SAVE命令会被服务器拒绝，服务器禁止SAVE命令和BGSAVE命令同时执行，这是为了避免父进程和子进程同时执行两个rdbSave调用产生竞争条件
- BASAVE命令会被服务器拒绝，理由同上
- BGREWRITEAOF 和BGSAVE不能同时执行。如果BGSAVE命令正在执行，客户端发送的BGREWRITEAOF命令会被延迟到BGSAVE命令执行完后执行；如果BGREWRITEAOF 正在执行，BGSAVE命令会被拒绝。
BGREWRITEAOF 命令是AOF持久化的命令，也是由子进程执行
10.1.3 RDB文件载入时的服务器状态
服务器在载入RDB文件期间，会一直处理阻塞状态，直到载入工作完成为止10.2 自动间隔性保存
Redis允许用户通过设置服务器配置的save选项，让服务器每隔一段时间自动执行一次BGSAVE命令，用户可以通过save选项设置多个保存条件，只要有任意一个条件被满足，服务器就会执行BGSAVE命令save 900 1
save 300 10
save 60 10000
只要满足以下任意三个条件之一，BGSAVE命令就会被执行
- 服务器在900秒以内，对数据库执行了至少1次修改
- 服务器在300 秒以内，对数据库执行了至少10 次修改
- 服务器在60 秒以内，对数据库执行了至少10000 次修改
10.2.1 设置保存条件
当Redis服务器启动的时候，用户可以通过指定配置文件或传入启动参数的方式设置save选项，如果用户没有主动设置save选项，服务器就会为save选项设置默认条件。设置服务器状态redisServer结构的saveparams属性
saveparams属性是一个数组，每个元素都是一个saveparam结构，saveparam结构都保存了一个save选项设置的保存条件
struct saveparam {
time_t seconds;//秒数
int changes;//修改数
};
10.2.2 dirty计数器和lastsave属性
服务器状态还有一个dirty计数器和lastsave属性。- dirty计数器记录距离上一次成功执行SAVE命令或BGSAVE命令之后，服务器对数据库状态（服务器中的所有数据库）进行了多少次修改（包括写入、删除、更新等操作）
- lastsave属性是一个UNIX时间戳，记录了服务器上一次成功执行SAVE/BGSAVE命令的时间
struct redisServer {
struct saveparam *saveparams;//记录了保存条件的数组
long long dirty;//修改计数器
time_t lastsave;//上一次执行保存的时间
}
服务器成功执行一个数据库修改命令之后，程序就会对dirty计数器进行更新，修改多少次数据库，值旧增加多少
10.2.3 检查保存条件是否满足
Redis的服务器周期性操作函数serverCron默认每隔100毫秒就会执行一次，其中一项工作就是检查save选项所设置的保存条件是否已满足，满足的话执行BGSAVE命令def serverCron():
#遍历所有保存条件
for saveparam in server.saveparams:
#计算距离上次执行保存操作有多少秒
save_interval = unixtime_now() - server.lastsave
#如果数据库状态的修改次数超过条件所设置的次数
#并且距离上次保存的时间超过条件所设置的时间
#那么执行保存操作
if server.dirty >= saveparam.changes and save_interval > saveparam.seconds:
BGSAVE()
程序会遍历并检查saveparams数组中的所有保存条件，只要有任意一个条件被满足，那么服务器会执行BGSAVE命令 。
10.3 RDB文件结构
RDB文件结构
全大写单词表示常量，全小写单词表示变量和数据
RDB文件的最开头是REDIS部分，这个部分的长度是5字节，保存这五个字符，是二进制数据保存的
db_version的长度为4字节，值是一个用字符串表示的整数，记录了RDB文件的版本号，比如”0006“就代表RDB文件的版本为第六版
database部分包含着0个或任意多个数据库，以及各个数据库中的键值对数据
- 如果服务器的数据库状态为空，也就是所有的数据库都是空的，这个部分也为空，长度为0字节
- 如果数据库的状态为非空，这个部分也非空。
EOF常量的长度为1字节，标志着RDB文件正文内容的结束，所有数据库的所有键值对都已经载入完毕了
check_sum是一个8字节长的无符号整数，保存着一个校验和。是对前面四部分的内容进行计算得出的，可以检查RDB文件是否有出错或损坏的情况出现
10.3.1 database部分
保存任意多个非空数据库，每个非空数据库在RDB文件中都可以保存为SELECTDB、db_number、key_value_pairs 三个部分- SELECTDB常量的长度为1字节，读入程序遇到这个值的时候，知道接下来要读到的是一个数据库号码
- db_number保存着一个数据库号码，根据号码的大小不同，这个部分可以是1字节、2字节或5字节。读入以后会调用SELECT命令切换数据库
- key_value_pairs 保存了数据库中的所有键值对数据，如果键值对有过期时间，也会保存在这里
10.3.2 key_value_pairs 部分
key_value_pairs 保存了一个或以上数量的键值对，如果有过期时间的话，过期时间也被保存在内不带过期时间的键值对在RDB文件里由TYPE、key、value三部分组成。
TYPE记录了value的类型，长度为1字节，值可以是以下常量的其中一个
以上列出的每个TYPE常量都代表了一种对象类型或底层编码，服务器会根据TYPE的值来决定如何读入和解释value的数据。
key总是一个字符串对象，但是根据TYPE类型和保存内容长度的不同，保存value的结构和长度也有所不同
带有过期时间的键值对在RDB文件的结构为EXPIRETIME_MS、ms、TYPE、key和value构成。其中EXPIRETIME_MS常量的长度为1字节，告知读入程序接下来读入的是一个以毫秒为单位的过期时间；ms是一个8字节长的带符号整数，记录着一个以毫秒为单位的UNIX时间戳，就是键值对的过期时间
10.3.3 value的编码
RDB文件的每个value部分都保存了一个值对象，每个值对象的类型都由与之对应的TYPE记录，根据类型不同，value部分的长度、结构也不同字符串对象
如果TYPE=REDIS_RDB_TYPE_STRING，那么value保存的就是一个字符串对象，编码可以是REDIS_ENCODING_INT或REDIS_ENCODING_RAW当对象中保存的是 长度不超过32位的整数，字符串对象的编码为REDIS_ENCODING_INT，这种编码的对象将以下图的结构保存，其中ENCODING的值可以是REDIS_RDB_ENC_INT8、REDIS_RDB_ENC_INT16或REDIS_RDB_ENC_INT32这三个常量的其中一个，分别代表RDB文件用8位(bit)、16位或32位来保存整数值integer
如果字符串对象的编码为REDIS_ENCODING_RAW，说明对象保存的是字符串值，根据字符串长度的不同，有压缩和不压缩两种方法来保存字符串
- 字符串长度<=20字节，原样保存
- 字符串长度>20字节，被压缩后再保存
注意：服务器打开了RDB文件压缩功能的情况下才会有压缩；否则就全部是原样保存
没有压缩的字符串结构为len、string两部分，其中len保存了字符串值得长度，string部分保存了字符串值本身
压缩后字符串得结构为REDIS_RDB_ENC_LZF、compressed_len、origin_len、compressed_string。其中REDIS_RDB_ENC_LZF表示字符串被LZF算法压缩了，compressed_len表示被压缩之后得长度，origin_len表示字符串原来的长度，compressed_string记录被压缩之后的字符串
列表对象
TYPE的值为REDIS_RDB_TYPE_LIST，value保存的是一个REDIS_ENCODING_LINKEDLIST编码的列表对象，结构为list_length、item1、item2……itemN其中list_length记录了列表的长度，表示该列表保存了多少个项
以item开头的部分表示列表的项，每个列表都是一个字符串对象，所以程序会按照处理字符串对象的方式来保存和读入列表项，即字符串长度和字符串值。
集合对象
TYPE的值为REDIS_RDB_TYPE_SET，那么value保存的是REDIS_ENCODING_HT编码的集合对象，结构是set_size、elem1、elem2……elemN其中 set_size为集合的大小，记录集合保存了多少个元素
以elem开头的部分代表集合的元素，每个集合元素都是一个字符串对象
哈希表对象
TYPE的值为REDIS_RDB_TYPE_HASH，value保存的是REDIS_ENCODING_HT编码的集合对象，结构是hash_size、key_value_pair1、key_value_pair2……key_value_pairN其中hash_size记录了哈希表的大小，也就是哈希表保存了多少个键值对
以key_value_pair开头的部分代表哈希表中的键值对，键和值都是字符串对象
有序集合对象
TYPE的值为REDIS_RDB_TYPE_ZSET，value保存的就是一个REDIS_ENCODING_SKIPLIST编码的有序集合对象，结构是sorted_set_size、element1、element2……elementN其中sorted_set_size记录了有序集合的大小，以element开头的部分代表有序集合中的元素，每个元素分为成员member和分数score两部分，成员是一个字符串对象，分值是一个double类型的浮点数，程序在保存RDB文件时会先把分值转化为字符串对象，再用保存字符串对象的方法把分值保存起来，每个元素都以成员挨着分值的方式排列
