09、Redis 源码解析 - 字符串命令的实现(t_string)

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Redis 字符串键的实现(t_string)

1. 字符串命令介绍

序号	命令及描述
1	SET key value：设置指定 key 的值
2	GET key：获取指定 key 的值。
3	GETRANGE key start end：返回 key 中字符串值的子字符
4	GETSET key value：将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值(old value)。
5	GETBIT key offset：对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位(bit)。
6	MGET key1 [key2..]：获取所有(一个或多个)给定 key 的值。
7	SETBIT key offset value：对 key 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit)。
8	SETEX key seconds value：将值 value 关联到 key ，并将 key 的过期时间设为 seconds (以秒为单位)。
9	SETNX key value：只有在 key 不存在时设置 key 的值。
10	SETRANGE key offset value：用 value 参数覆写给定 key 所储存的字符串值，从偏移量 offset 开始。
11	STRLEN key：返回 key 所储存的字符串值的长度。
12	MSET key value [key value …]：同时设置一个或多个 key-value 对。
13	MSETNX key value [key value …]：同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。
14	PSETEX key milliseconds value：这个命令和 SETEX 命令相似，但它以毫秒为单位设置 key 的生存时间，而不是像 SETEX 命令那样，以秒为单位。
15	INCR key：将 key 中储存的数字值增一。
16	INCRBY key increment将 key：所储存的值加上给定的增量值（increment）。
17	INCRBYFLOAT key increment：将 key 所储存的值加上给定的浮点增量值（increment）。
18	DECR key：将 key 中储存的数字值减一。
19	DECRBY key decrementkey：所储存的值减去给定的减量值（decrement）。
20	APPEND key value：如果 key 已经存在并且是一个字符串， APPEND 命令将 value 追加到 key 原来的值的末尾。

2. 字符串命令的实现

字符串命令底层数据结构为简单动态字符串SDS 。**对于字符串命令，无论是命令本身还是参数，都是作为成一个对象对待的。**关于redis的对象系统，请参考文章：redis对象系统源码剖析和注释。

在redis的对象系统中，字符串对象的底层实现类型有如下三种：

编码—encoding	对象—ptr
OBJ_ENCODING_RAW	简单动态字符串实现的字符串对象
OBJ_ENCODING_INT	整数值实现的字符串对象
OBJ_ENCODING_EMBSTR	embstr编码的简单动态字符串实现的字符串对象

因此，一个字符串对象的结构定义如下：

typedef struct redisObject {
    //对象的数据类型，字符串对象应该为 OBJ_STRING
    unsigned type:4;        
    //对象的编码类型，分别为OBJ_STRING、OBJ_ENCODING_INT或OBJ_ENCODING_EMBSTR
    unsigned encoding:4;
    //暂且不关心该成员
    unsigned lru:LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
    //引用计数
    int refcount;
    //指向底层数据实现的指针
    void *ptr;
} robj;

我们假设一个key的值为”Hello World” ，因此它的空间结构如图所示：

3. 字符串命令源码注释

所有命令详细实现可以上github下载：t_string.c注释。这里列出重要的命令。

3.1 SET 一类命令的最底层实现

#define OBJ_SET_NO_FLAGS 0
#define OBJ_SET_NX (1<<0)     /* Set if key not exists. */          //在key不存在的情况下才会设置
#define OBJ_SET_XX (1<<1)     /* Set if key exists. */              //在key存在的情况下才会设置
#define OBJ_SET_EX (1<<2)     /* Set if time in seconds is given */ //以秒(s)为单位设置键的key过期时间
#define OBJ_SET_PX (1<<3)     /* Set if time in ms in given */      //以毫秒(ms)为单位设置键的key过期时间

//setGenericCommand()函数是以下命令: SET, SETEX, PSETEX, SETNX.的最底层实现
//flags 可以是NX或XX，由上面的宏提供
//expire 定义key的过期时间，格式由unit指定
//ok_reply和abort_reply保存着回复client的内容，NX和XX也会改变回复
//如果ok_reply为空，则使用 "+OK"
//如果abort_reply为空，则使用 "$-1"
void setGenericCommand(client *c, int flags, robj *key, robj *val, robj *expire, int unit, robj *ok_reply, robj *abort_reply) {
    long long milliseconds = 0; /* initialized to avoid any harmness warning */ //初始化，避免错误

    //如果定义了key的过期时间
    if (expire) {
        //从expire对象中取出值，保存在milliseconds中，如果出错发送默认的信息给client
        if (getLongLongFromObjectOrReply(c, expire, &milliseconds, NULL) != C_OK)
            return;
        // 如果过期时间小于等于0，则发送错误信息给client
        if (milliseconds <= 0) {
            addReplyErrorFormat(c,"invalid expire time in %s",c->cmd->name);
            return;
        }
        //如果unit的单位是秒，则需要转换为毫秒保存
        if (unit == UNIT_SECONDS) milliseconds *= 1000;
    }

    //lookupKeyWrite函数是为执行写操作而取出key的值对象
    //如果设置了NX(不存在)，并且在数据库中 找到 该key，或者
    //设置了XX(存在)，并且在数据库中 没有找到 该key
    //回复abort_reply给client
    if ((flags & OBJ_SET_NX && lookupKeyWrite(c->db,key) != NULL) ||
        (flags & OBJ_SET_XX && lookupKeyWrite(c->db,key) == NULL))
    {
        addReply(c, abort_reply ? abort_reply : shared.nullbulk);
        return;
    }
    //在当前db设置键为key的值为val
    setKey(c->db,key,val);

    //设置数据库为脏(dirty)，服务器每次修改一个key后，都会对脏键(dirty)增1
    server.dirty++;

    //设置key的过期时间
    //mstime()返回毫秒为单位的格林威治时间
    if (expire) setExpire(c->db,key,mstime()+milliseconds);

    //发送"set"事件的通知，用于发布订阅模式，通知客户端接受发生的事件
    notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"set",key,c->db->id);

    //发送"expire"事件通知
    if (expire) notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_GENERIC,
        "expire",key,c->db->id);

    //设置成功，则向客户端发送ok_reply
    addReply(c, ok_reply ? ok_reply : shared.ok);
}

3.2 GET 一类命令的最底层实现

//GET 命令的底层实现
int getGenericCommand(client *c) {
    robj *o;

    //lookupKeyReadOrReply函数是为执行读操作而返回key的值对象，找到返回该对象，找不到会发送信息给client
    //如果key不存在直接，返回0表示GET命令执行成功
    if ((o = lookupKeyReadOrReply(c,c->argv[1],shared.nullbulk)) == NULL)
        return C_OK;

    //如果key的值的编码类型不是字符串对象
    if (o->type != OBJ_STRING) {
        addReply(c,shared.wrongtypeerr);    //返回类型错误的信息给client，返回-1表示GET命令执行失败
        return C_ERR;
    } else {
        addReplyBulk(c,o);  //返回之前找到的对象作为回复给client，返回0表示GET命令执行成功
        return C_OK;
    }
}

3.3 DECR 和 INCR 底层实现

// DECR key
// INCR key
//INCR和DECR命令的底层实现
void incrDecrCommand(client *c, long long incr) {
    long long value, oldvalue;
    robj *o, *new;

    o = lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]);   //以写操作获取key的value对象

    //找到了value对象但是value对象不是字符串类型，直接返回
    if (o != NULL && checkType(c,o,OBJ_STRING)) return;

    //将字符串类型的value转换为longlong类型保存在value中
    if (getLongLongFromObjectOrReply(c,o,&value,NULL) != C_OK) return;

    oldvalue = value;   //备份旧的value

    //如果incr超出longlong类型所能表示的范围，发送错误信息
    if ((incr < 0 && oldvalue < 0 && incr < (LLONG_MIN-oldvalue)) ||
        (incr > 0 && oldvalue > 0 && incr > (LLONG_MAX-oldvalue))) {
        addReplyError(c,"increment or decrement would overflow");
        return;
    }
    value += incr;  //计算新的value值

    //value对象目前非共享，编码为整型类型，且新value值不在共享范围，且value处于long类型所表示的范围内
    if (o && o->refcount == 1 && o->encoding == OBJ_ENCODING_INT &&
        (value < 0 || value >= OBJ_SHARED_INTEGERS) &&
        value >= LONG_MIN && value <= LONG_MAX)
    {
        new = o;
        o->ptr = (void*)((long)value);  //设置vlaue对象的值
    } else {
        //当不满足以上任意条件，则新创建一个字符串对象
        new = createStringObjectFromLongLong(value);

        //如果之前的value对象存在
        if (o) {
            dbOverwrite(c->db,c->argv[1],new);  //用new对象去重写key的值
        } else {
            dbAdd(c->db,c->argv[1],new);        //如果之前的value不存在，将key和new组成新的key-value对
        }
    }
    signalModifiedKey(c->db,c->argv[1]);    //当数据库的键被改动，则会调用该函数发送信号
    //发送"incrby"事件通知
    notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"incrby",c->argv[1],c->db->id);
    //设置脏键
    server.dirty++;

    //回复信息给client
    addReply(c,shared.colon);
    addReply(c,new);
    addReply(c,shared.crlf);
}

3.4 APPEND 实现

// APPEND key value
// APPEND命令的实现
void appendCommand(client *c) {
    size_t totlen;
    robj *o, *append;

    o = lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]);   //以写操作获取key的value对象

    //如果没有获取到vlaue，则要创建一个
    if (o == NULL) {
        /* Create the key */
        c->argv[2] = tryObjectEncoding(c->argv[2]); //对参数value进行优化编码
        dbAdd(c->db,c->argv[1],c->argv[2]); //将key和value组成新的key-value对
        incrRefCount(c->argv[2]);           //增加value的引用计数
        totlen = stringObjectLen(c->argv[2]);   //返回vlaue的长度
    } else {    //获取到value
        /* Key exists, check type */
        if (checkType(c,o,OBJ_STRING))  //如果value不是字符串类型的对象直接返回
            return;

        /* "append" is an argument, so always an sds */
        //获得追加的值对象
        append = c->argv[2];
        //计算追加后的长度
        totlen = stringObjectLen(o)+sdslen(append->ptr);
        //如果追加后的长度超出范围，则返回
        if (checkStringLength(c,totlen) != C_OK)
            return;

        /* Append the value */
        //因为要根据value修改key的值，因此如果key原来的值是共享的，需要解除共享，新创建一个值对象与key组对
        o = dbUnshareStringValue(c->db,c->argv[1],o);
        //将vlaue对象的值后面追加上append的值
        o->ptr = sdscatlen(o->ptr,append->ptr,sdslen(append->ptr));
        //计算出追加后值的长度
        totlen = sdslen(o->ptr);
    }
    signalModifiedKey(c->db,c->argv[1]);//当数据库的键被改动，则会调用该函数发送信号
    //发送"append"事件通知
    notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"append",c->argv[1],c->db->id);
    //设置脏键
    server.dirty++;
    //发送追加后value的长度给client
    addReplyLongLong(c,totlen);
}