前言

redis的核心是数据的快速存储，下面就来分析一下godis的底层存储是如何实现，先分析单机服务。

此文采用抓大放小原则，先大的流程方向，再抓细节。

流程图

源码分析

现在以客户端连接，并发起set key val命令为例子
在单机部署的时候，服务启动，会创建一个处理实例，并创建一个单机的db

// redis/server.go
// 创建一个处理实例
// MakeHandler creates a Handler instance
func MakeHandler() *Handler {
	// redis的一个存储引擎
	var db database.DB
	// 创建是集群还是单例
	if config.Properties.ClusterEnable {
		db = cluster.MakeCluster()
	} else {
		db = database2.NewStandaloneServer()
	}
	return &Handler{
		db: db,
	}
}

有客户端连接，会生成一个异步方法处理每个客户端，一旦有客户端的消息，都会进入Handle方法。

// redis/server/server.go
// 处理接收到客户端的命令
// Handle receives and executes redis commands
func (h *Handler) Handle(ctx context.Context, conn net.Conn) {
	if h.closing.Get() {
		// closing handler refuse new connection
		_ = conn.Close()
		return
	}
	client := connection.NewConn(conn)
	// 存储一个客户端
	h.activeConn.Store(client, struct{}{})
	// 获取字符串
	ch := parser.ParseStream(conn)
	// 接收客户端数据
	for payload := range ch {
		// 遍历消息体
		// ......... 经过各种校验
		// 获取到客户端信息
		r, ok := payload.Data.(*protocol.MultiBulkReply)
		if !ok {
			logger.Error("require multi bulk protocol")
			continue
		}
		// 执行结果
		result := h.db.Exec(client, r.Args)
		// 结果回复
		if result != nil {
			_, _ = client.Write(result.ToBytes())
		} else {
			_, _ = client.Write(unknownErrReplyBytes)
		}
	}
}

客户端的各种命令进行判断，set是属于正常的数据操作命令，直接通过判断，获取数据库，并在当前数据库中执行

// database/server.go
func (server *Server) Exec(c redis.Connection, cmdLine [][]byte) (result redis.Reply) {
	defer func() {
		if err := recover(); err != nil {
			logger.Warn(fmt.Sprintf("error occurs: %v\n%s", err, string(debug.Stack())))
			result = &protocol.UnknownErrReply{}
		}
	}()

	cmdName := strings.ToLower(string(cmdLine[0]))
	// ping
	if cmdName == "ping" {
		return Ping(c, cmdLine[1:])
	}
	// authenticate
	if cmdName == "auth" {
		return Auth(c, cmdLine[1:])
	}
	// ........
	// 各种各样的判断，暂时不管
	// 获取当前的数据索引
	// normal commands
	dbIndex := c.GetDBIndex()
	// 获取当前数据库
	selectedDB, errReply := server.selectDB(dbIndex)
	if errReply != nil {
		return errReply
	}
	// 以当前数据库，执行命令
	return selectedDB.Exec(c, cmdLine)
}

命令名称解析出来后，从cmdTable获取对应的执行方法，如prepare、executor

// Exec executes command within one database
func (db *DB) Exec(c redis.Connection, cmdLine [][]byte) redis.Reply {
	// transaction control commands and other commands which cannot execute within transaction
	cmdName := strings.ToLower(string(cmdLine[0]))
	// ...
	return db.execNormalCommand(cmdLine)
}

func (db *DB) execNormalCommand(cmdLine [][]byte) redis.Reply {
	// 获取到正常的执行命令
	cmdName := strings.ToLower(string(cmdLine[0]))
	// 获取到commond
	cmd, ok := cmdTable[cmdName]
	if !ok {
		return protocol.MakeErrReply("ERR unknown command '" + cmdName + "'")
	}
	if !validateArity(cmd.arity, cmdLine) {
		return protocol.MakeArgNumErrReply(cmdName)
	}

	prepare := cmd.prepare
	write, read := prepare(cmdLine[1:])
	db.addVersion(write...)
	// 数据库上锁
	db.RWLocks(write, read)
	// 命令执行完后解锁
	defer db.RWUnLocks(write, read)
	// 执行命令方法
	fun := cmd.executor
	return fun(db, cmdLine[1:])
}

set命令对应的方法，从代码可以发现，其实数据是存储在定义的map结构的集合中，自此，命令已经执行完毕，返回执行结果。

func execSet(db *DB, args [][]byte) redis.Reply {
	// 提取key
	key := string(args[0])
	// 提取val
	value := args[1]
	// 提取策略
	policy := upsertPolicy
	// 提取过期时间
	ttl := unlimitedTTL

	// parse options
	// 如何参数大于2个，说明有其他参数，需要做其他处理
	// .....
	
	entity := &database.DataEntity{
		Data: value,
	}

	var result int
	// 更新策略
	switch policy {
	case upsertPolicy:
		// 默认策略
		db.PutEntity(key, entity)
		result = 1
	case insertPolicy:
		result = db.PutIfAbsent(key, entity)
	case updatePolicy:
		result = db.PutIfExists(key, entity)
	}
	
	if result > 0 {
		if ttl != unlimitedTTL {
			expireTime := time.Now().Add(time.Duration(ttl) * time.Millisecond)
			// 设置过期时间
			db.Expire(key, expireTime)
			db.addAof(CmdLine{
				[]byte("SET"),
				args[0],
				args[1],
			})
			db.addAof(aof.MakeExpireCmd(key, expireTime).Args)
		} else {
			db.Persist(key) // override ttl
			db.addAof(utils.ToCmdLine3("set", args...))
		}
	}

	if result > 0 {
		return &protocol.OkReply{}
	}
	return &protocol.NullBulkReply{}
}

// database.go
// 将数据放入DB
// PutEntity a DataEntity into DB
func (db *DB) PutEntity(key string, entity *database.DataEntity) int {
  // 当前数据库的数据字段
	ret := db.data.PutWithLock(key, entity)
	// db.insertCallback may be set as nil, during `if` and actually callback
	// so introduce a local variable `cb`
	if cb := db.insertCallback; ret > 0 && cb != nil {
		cb(db.index, key, entity)
	}
	return ret
}

// datastruct/dict/concurrent.go
// ConcurrentDict is thread safe map using sharding lock
// 这里可以看出，数据其实就是存在map集合里面
type ConcurrentDict struct {
	table      []*shard
	count      int32
	shardCount int
}

type shard struct {
	m     map[string]interface{}
	mutex sync.RWMutex
}

// datastruct/dict/concurrent.go
func (dict *ConcurrentDict) PutWithLock(key string, val interface{}) (result int) {
	if dict == nil {
		panic("dict is nil")
	}
	hashCode := fnv32(key)
	index := dict.spread(hashCode)
	s := dict.getShard(index)
	// 将数据放入map中
	if _, ok := s.m[key]; ok {
		s.m[key] = val
		return 0
	}
	dict.addCount()
	// 存储kv结构数据，完成
	s.m[key] = val
	return 1
}

其实还有一个问题，就是cmdTable怎么来的，为什么fun(db, cmdLine[1:])就完成了？

在router.go这个代码中，是生成一个新的cmdTable的map集合；registerCommand这个函数是将各种命令塞入cmdTable里面。每个数据结构如string等都有定义的方法。

main启动前都会调用init()，这个是golang特殊的函数，顺序按照文件的顺序执行。

这里就是在服务启动前，将所有命令注册到cmdTable集合。

// database/router.go
// 命令集
var cmdTable = make(map[string]*command)
// ....
// 注册命令，将命令存放在cmdTable集合里面
// registerCommand registers a normal command, which only read or modify a limited number of keys
func registerCommand(name string, executor ExecFunc, prepare PreFunc, rollback UndoFunc, arity int, flags int) *command {
	name = strings.ToLower(name)
	cmd := &command{
		name:     name,
		executor: executor,
		prepare:  prepare,
		undo:     rollback,
		arity:    arity,
		flags:    flags,
	}
	cmdTable[name] = cmd
	return cmd
}

//========================================

// database/string.go

func execSet(db *DB, args [][]byte) redis.Reply {
//....
}

// execSetNX sets string if not exists
func execSetNX(db *DB, args [][]byte) redis.Reply {
	// .....
}

// execSetEX sets string and its ttl
func execSetEX(db *DB, args [][]byte) redis.Reply {
	// ...
}

func init() {
	// 调用注册命令函数，注册方法，如Set则是执行execSet方法
	registerCommand("Set", execSet, writeFirstKey, rollbackFirstKey, -3, flagWrite).
		attachCommandExtra([]string{redisFlagWrite, redisFlagDenyOOM}, 1, 1, 1)
	registerCommand("SetNx", execSetNX, writeFirstKey, rollbackFirstKey, 3, flagWrite).
		attachCommandExtra([]string{redisFlagWrite, redisFlagDenyOOM, redisFlagFast}, 1, 1, 1)
	registerCommand("SetEX", execSetEX, writeFirstKey, rollbackFirstKey, 4, flagWrite).
		attachCommandExtra([]string{redisFlagWrite, redisFlagDenyOOM}, 1, 1, 1)
	// .....
}

ExecFunc是规范方法，每个命令对应的执行都按照规范定义。

// database/router.go

type command struct {
	// 命令名称
	name     string
	// 执行方法
	executor ExecFunc
	// prepare returns related keys command
	prepare PreFunc
	// undo generates undo-log before command actually executed, in case the command needs to be rolled back
	undo UndoFunc
	// arity means allowed number of cmdArgs, arity < 0 means len(args) >= -arity.
	// for example: the arity of `get` is 2, `mget` is -2
	arity int
	flags int
	extra *commandExtra
}

// ========================================

// database/database.go
// 执行方法接口
// ExecFunc is interface for command executor
// args don't include cmd line
type ExecFunc func(db *DB, args [][]byte) redis.Reply