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Redis設計與實現(xiàn)
黃健宏 著
- 出版社： 機械工業(yè)出版社
- ISBN：9787111464747
- 版次：1
- 商品編碼：11486101
- 品牌：機工出版
- 包裝：平裝
- 叢書名： 數(shù)據(jù)庫技術叢書
- 開本：16開
- 出版時間：2014-06-01
- 用紙：膠版紙
- 頁數(shù)：404
編輯推薦
系統(tǒng)而全面地描述了 Redis 內部運行機制；
圖示豐富，描述清晰，并給出大量參考信息，是NoSQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員案頭必備；
包括大部分Redis單機特征，以及所有多機特性。
內容簡介
《Redis設計與實現(xiàn)》對Redis的大多數(shù)單機功能以及所有多機功能的實現(xiàn)原理進行了介紹，展示了這些功能的核心數(shù)據(jù)結構以及關鍵的算法思想。通過閱讀本書，讀者可以快速、有效地了解Redis的內部構造以及運作機制，這些知識可以幫助讀者更好、更高效地使用Redis。本書主要分為四大部分。第一部分“數(shù)據(jù)結構與對象”介紹了Redis中的各種對象及其數(shù)據(jù)結構，并說明這些數(shù)據(jù)結構如何影響對象的功能和性能。第二部分“單機數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)”對Redis實現(xiàn)單機數(shù)據(jù)庫的方法進行了介紹，包括數(shù)據(jù)庫、RDB持久化、AOF持久化、事件等。第三部分“多機數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)”對Redis的Sentinel、復制（replication）、集群（cluster）三個多機功能進行了介紹。第四部分“獨立功能的實現(xiàn)”對Redis中各個相對獨立的功能模塊進行了介紹，涉及發(fā)布與訂閱、事務、Lua腳本、排序、二進制位數(shù)組、慢查詢日志、監(jiān)視器等。
作者簡介
黃健宏，軟件開發(fā)者，他喜歡函數(shù)式編程，熱愛開源軟件。出于對數(shù)據(jù)庫的強烈興趣，他開始閱讀和分析 Redis 源代碼，并對 Redis 2.6 和 Redis 3.0 的源代碼進行了詳細注釋。他翻譯并維護著 Redis 中文文檔網站 www.RedisDoc.com ，編寫了 OORedis 庫。除此之外，他還是《Redis in Action》一書的譯者。
精彩書評
這本書描述的知識點很豐富，覆蓋很全，里面提到特性較多，有不少我們也沒用過:) 每個命令內部的機制的介紹很不錯，很多估計也是首次有詳細文檔介紹。
——楊衛(wèi)華（@TimYang）新浪微博技術總監(jiān)
Redis 是近些年來特別火爆的 NoSQL 之一。縱觀中外各種書籍還沒有一本能對 Redis 內部進行深入剖析，《Redis 設計與實現(xiàn)》可謂開此先河。常和作者在網上交流，知道作者為這本書付出了大量的心血。這本書行文流暢，思路清晰，詳細地介紹了 Redis 源碼的方方面面。無論是想學習 NoSQL、網絡編程的初學者，還是源碼控的進階者，本書都會有很大的幫助。
—— 阮若夷，支付寶高級專家
目錄
前言
致謝
第1章 引言 1
1.1 Redis版本說明 1
1.2 章節(jié)編排 1
1.3 推薦的閱讀方法 4
1.4 行文規(guī)則 4
1.5 配套網站 5
第一部分·數(shù)據(jù)結構與對象
第2章 簡單動態(tài)字符串 8
2.1 SDS的定義 9
2.2 SDS與C字符串的區(qū)別 10
2.3 SDS API 17
2.4 重點回顧 18
2.5 參考資料 18
第3章 鏈表 19
3.1 鏈表和鏈表節(jié)點的實現(xiàn) 20
3.2 鏈表和鏈表節(jié)點的API 21
3.3 重點回顧 22
第4章 字典 23
4.1 字典的實現(xiàn) 24
4.2 哈希算法 27
4.3 解決鍵沖突 28
4.4 rehash 29
4.5 漸進式rehash 32
4.6 字典API 36
4.7 重點回顧 37
第5章 跳躍表 38
5.1 跳躍表的實現(xiàn) 39
5.2 跳躍表API 44
5.3 重點回顧 45
第6章 整數(shù)集合 46
6.1 整數(shù)集合的實現(xiàn) 46
6.2 升級 48
6.3 升級的好處 50
6.4 降級 51
6.5 整數(shù)集合API 51
6.6 重點回顧 51
第7章 壓縮列表 52
7.1 壓縮列表的構成 52
7.2 壓縮列表節(jié)點的構成 54
7.3 連鎖更新 57
7.4 壓縮列表API 59
7.5 重點回顧 59
第8章 對象 60
8.1 對象的類型與編碼 60
8.2 字符串對象 64
8.3 列表對象 68
8.4 哈希對象 71
8.5 集合對象 75
8.6 有序集合對象 77
8.7 類型檢查與命令多態(tài) 81
8.8 內存回收 84
8.9 對象共享 85
8.10 對象的空轉時長 87
8.11 重點回顧 88
第二部分·單機數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)
第9章 數(shù)據(jù)庫 90
9.1 服務器中的數(shù)據(jù)庫 90
9.2 切換數(shù)據(jù)庫 91
9.3 數(shù)據(jù)庫鍵空間 93
9.4 設置鍵的生存時間或過期時間 99
9.5 過期鍵刪除策略 107
9.6 Redis的過期鍵刪除策略 108
9.7 AOF、RDB和復制功能對過期鍵的處理 111
9.8 數(shù)據(jù)庫通知 113
9.9 重點回顧 117
第10章 RDB持久化 118
10.1 RDB 文件的創(chuàng)建與載入 119
10.2 自動間隔性保存 121
10.3 RDB 文件結構 125
10.4 分析RDB文件 133
10.5 重點回顧 137
10.6 參考資料 137
第11章 AOF持久化 138
11.1 AOF持久化的實現(xiàn) 139
11.2 AOF文件的載入與數(shù)據(jù)還原 142
11.3 AOF重寫 143
11.4 重點回顧 150
第12章 事件 151
12.1 文件事件 151
12.2 時間事件 156
12.3 事件的調度與執(zhí)行 159
12.4 重點回顧 161
12.5 參考資料 161
第13章 客戶端 162
13.1 客戶端屬性 163
13.2 客戶端的創(chuàng)建與關閉 172
13.3 重點回顧 174
第14章 服務器 176
14.1 命令請求的執(zhí)行過程 176
14.2 serverCron函數(shù) 184
14.3 初始化服務器 192
14.4 重點回顧 196
第三部分·多機數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)
第15章 復制 198
15.1 舊版復制功能的實現(xiàn) 199
15.2 舊版復制功能的缺陷 201
15.3 新版復制功能的實現(xiàn) 203
15.4 部分重同步的實現(xiàn) 204
15.5 PSYNC 命令的實現(xiàn) 209
15.6 復制的實現(xiàn) 211
15.7 心跳檢測 216
15.8 重點回顧 218
第16章 Sentinel 219
16.1 啟動并初始化Sentinel 220
16.2 獲取主服務器信息 227
16.3 獲取從服務器信息 229
16.4 向主服務器和從服務器發(fā)送信息 230
16.5 接收來自主服務器和從服務器的頻道信息 231
16.6 檢測主觀下線狀態(tài) 234
16.7 檢查客觀下線狀態(tài) 236
16.8 選舉領頭Sentinel 238
16.9 故障轉移 240
16.10 重點回顧 243
16.11 參考資料 244
第17章 集群 245
17.1 節(jié)點 245
17.2 槽指派 251
17.3 在集群中執(zhí)行命令 258
17.4 重新分片 265
17.5 ASK錯誤 267
17.6 復制與故障轉移 273
17.7 消息 281
17.8 重點回顧 288
第四部分·獨立功能的實現(xiàn)
第18章 發(fā)布與訂閱 290
18.1 頻道的訂閱與退訂 292
18.2 模式的訂閱與退訂 295
18.3 發(fā)送消息 298
18.4 查看訂閱信息 300
18.5 重點回顧 303
18.6 參考資料 304
第19章 事務 305
19.1 事務的實現(xiàn) 306
19.2 WATCH 命令的實現(xiàn) 310
19.3 事務的ACID 性質 314
19.4 重點回顧 319
19.5 參考資料 320
第20章 Lua腳本 321
20.1 創(chuàng)建并修改Lua 環(huán)境 322
20.2 Lua 環(huán)境協(xié)作組件 327
20.3 EVAL命令的實現(xiàn) 329
20.4 EVALSHA 命令的實現(xiàn) 332
20.5 腳本管理命令的實現(xiàn) 333
20.6 腳本復制 336
20.7 重點回顧 342
20.8 參考資料 343
第21章 排序 344
21.1 SORT 命令的實現(xiàn) 345
21.2 ALPHA 選項的實現(xiàn) 347
21.3 ASC 選項和DESC 選項的實現(xiàn) 348
21.4 BY選項的實現(xiàn) 350
21.5 帶有ALPHA 選項的BY 選項的實現(xiàn) 352
21.6 LIMIT 選項的實現(xiàn) 353
21.7 GET選項的實現(xiàn) 355
21.8 STORE 選項的實現(xiàn) 358
21.9 多個選項的執(zhí)行順序 359
21.10 重點回顧 361
第22章 二進制位數(shù)組 362
22.1 位數(shù)組的表示 363
22.2 GETBIT命令的實現(xiàn) 365
22.3 SETBIT 命令的實現(xiàn) 366
22.4 BITCOUNT 命令的實現(xiàn) 369
22.5 BITOP 命令的實現(xiàn) 376
22.6 重點回顧 377
22.7 參考資料 377
第23章 慢查詢日志 378
23.1 慢查詢記錄的保存 380
23.2 慢查詢日志的閱覽和刪除 382
23.3 添加新日志 383
23.4 重點回顧 385
第24章 監(jiān)視器 386
24.1 成為監(jiān)視器 387
24.2 向監(jiān)視器發(fā)送命令信息 387
24.3 重點回顧 388
前言/序言
時間回到2011年4月，當時我正在編寫一個用戶關系模塊，這個模塊需要實現(xiàn)一個“共同關注”功能，用于計算出兩個用戶關注了哪些相同的用戶。
舉個例子，假設huangz關注了peter、tom、jack三個用戶，而john關注了peter、tom、bob、david四個用戶，那么當huangz訪問john的頁面時，共同關注功能就會計算并打印出類似“你跟john都關注了peter和tom”這樣的信息。
從集合計算的角度來看，共同關注功能本質上就是計算兩個用戶關注集合的交集，因為交集這個概念是如此的常見，所以我很自然地認為共同關注這個功能可以很容易地實現(xiàn)，但現(xiàn)實卻給了我當頭一棒：我所使用的關系數(shù)據(jù)庫并不直接支持交集計算操作，要計算兩個集合的交集，除了需要對兩個數(shù)據(jù)表執(zhí)行合并（join）操作之外，還需要對合并的結果執(zhí)行去重復（distinct）操作，最終導致交集操作的實現(xiàn)變得異常復雜。
是否存在直接支持集合操作的數(shù)據(jù)庫呢？帶著這個疑問，我在搜索引擎上面進行查找，并最終發(fā)現(xiàn)了Redis。在我看來，Redis正是我想要找的那種數(shù)據(jù)庫——它內置了集合數(shù)據(jù)類型，并支持對集合執(zhí)行交集、并集、差集等集合計算操作，其中的交集計算操作可以直接用于實現(xiàn)我想要的共同關注功能。
得益于Redis本身的簡單性，以及Redis手冊的詳盡和完善，我很快學會了怎樣使用Redis的集合數(shù)據(jù)類型，并用它重新實現(xiàn)了整個用戶關系模塊：重寫之后的關系模塊不僅代碼量更少，速度更快，更重要的是，之前需要使用一段甚至一大段SQL查詢才能實現(xiàn)的功能，現(xiàn)在只需要調用一兩個Redis命令就能夠實現(xiàn)了，整個模塊的可讀性得到了極大的提高。
自此之后，我開始在越來越多的項目里面使用Redis，與此同時，我對Redis的內部實現(xiàn)也越來越感興趣，一些問題開始頻繁地出現(xiàn)在我的腦海中，比如：
??Redis的五種數(shù)據(jù)類型分別是由什么數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)的？
??Redis的字符串數(shù)據(jù)類型既可以存儲字符串（比如"hello world"），又可以存儲整數(shù)和浮點數(shù)（比如10086和3.14），甚至是二進制位（使用SETBIT等命令），Redis在內部是怎樣存儲這些值的？
??Redis的一部分命令只能對特定數(shù)據(jù)類型執(zhí)行（比如APPEND只能對字符串執(zhí)行，HSET只能對哈希表執(zhí)行），而另一部分命令卻可以對所有數(shù)據(jù)類型執(zhí)行（比如DEL、TYPE和EXPIRE），不同的命令在執(zhí)行時是如何進行類型檢查的？Redis在內部是否實現(xiàn)了一個類型系統(tǒng)？
??Redis的數(shù)據(jù)庫是怎樣存儲各種不同數(shù)據(jù)類型的鍵值對的？數(shù)據(jù)庫里面的過期鍵又是怎樣實現(xiàn)自動刪除的？
??除了數(shù)據(jù)庫之外，Redis還擁有發(fā)布與訂閱、腳本、事務等特性，這些特性又是如何實現(xiàn)的？
??Redis使用什么模型或者模式來處理客戶端的命令請求？一條命令請求從發(fā)送到返回需要經過什么步驟？
為了找到這些問題的答案，我再次在搜索引擎上面進行查找，可惜的是這次搜索并沒有多少收獲：Redis還是一個非常年輕的軟件，對它的最好介紹就是官方網站上面的文檔，但是這些文檔主要關注的是怎樣使用Redis，而不是介紹Redis的內部實現(xiàn)。另外，網上雖然有一些博客文章對Redis的內部實現(xiàn)進行了介紹，但這些文章要么不齊全（只介紹了Redis中的少數(shù)幾個特性），要么就寫得過于簡單（只是一些概述性的文章），要么關注的就是舊版本（比如2.0、2.2或者2.4，而當時的最新版已經是2.6了）。
綜合來看，詳細而且完整地介紹Redis內部實現(xiàn)的資料，無論是外文還是中文都不存在。意識到這一點之后，我決定自己動手注釋Redis的源代碼，從中尋找問題的答案，并通過寫博客的方式與其他Redis用戶分享我的發(fā)現(xiàn)。在積累了七八篇Redis源代碼注釋文章之后，我想如果能將這些博文匯集成書的話，那一定會非常有趣，并且我自己也會從中學到很多知識。于是我在2012年年末開始創(chuàng)作《Redis設計與實現(xiàn)》，并最終于2013年3月8日在互聯(lián)網發(fā)布了本書的第一版。
盡管《Redis設計與實現(xiàn)》第一版順利發(fā)布了，但在我的心目中，這個第一版還是有很多不完善的地方：
??比如說，因為第一版是我邊注釋Redis源代碼邊寫的，如果有足夠時間讓我先完整地注釋一遍Redis的源代碼，然后再進行寫作的話，那么書本在內容方面應該會更為全面。
??又比如說，第一版只介紹了Redis的內部機制和單機特性，但并沒有介紹Redis多機特性，而我認為只有將關于多機特性的介紹也包含進來，這本《Redis設計與實現(xiàn)》才算是真正的完成了。
就在我考慮應該何時編寫新版來修復這些缺陷的時候，機械工業(yè)出版社的吳怡編輯來信詢問我是否有興趣正式地出版《Redis設計與實現(xiàn)》，能夠正式地出版自己寫的書一直是我夢寐以求的事情，我找不到任何拒絕這一邀請的理由，就這樣，在《Redis設計與實現(xiàn)》第一版發(fā)布幾天之后，新版《Redis設計與實現(xiàn)》的寫作也馬不停蹄地開始了。
從2013年3月到2014年1月這11個月間，我重新注釋了Redis在unstable分支的源代碼（也即是現(xiàn)在的Redis 3.0源代碼），重寫了《Redis設計與實現(xiàn)》第一版已有的所有章節(jié)，并向書中添加了關于二進制位操作（bitop）、排序、復制、Sentinel和集群等主題的新章節(jié)，最終完成了這本新版的《Redis 設計與實現(xiàn)》。本書不僅介紹了Redis的內部機制（比如數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)、類型系統(tǒng)、事件模型），而且還介紹了大部分Redis單機特性（比如事務、持久化、Lua腳本、排序、二進制位操作），以及所有Redis多機特性（如復制、Sentinel和集群）。
雖然作者創(chuàng)作本書的初衷只是為了滿足自己的好奇心，但了解Redis內部實現(xiàn)的好處并不僅僅在于滿足好奇心：通過了解Redis的內部實現(xiàn)，理解每一個特性和命令背后的運作機制，可以幫助我們更高效地使用Redis，避開那些可能會引起性能問題的陷阱。我衷心希望這本新版《Redis設計與實現(xiàn)》能夠幫助讀者更好地了解Redis，并成為更優(yōu)秀的Redis使用者。
本書的第一版獲得了很多熱心讀者的反饋，這本新版的很多改進也來源于讀者們的意見和建議，因此我將繼續(xù)在www.RedisBook.com設置disqus論壇（可以不注冊直接發(fā)貼），歡迎讀者隨時就這本新版《Redis設計與實現(xiàn)》發(fā)表提問、意見、建議、批評、勘誤，等等，我會努力地采納大家的意見，爭取在將來寫出更好的《Redis設計與實現(xiàn)》，以此來回報大家對本書的支持。
黃健宏（huangz）
2014年3月于清遠
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