從OS等級探究：Redis運作原理程式逐行講解

內容簡介

用超高速C語言解析Unix下Redis程式及完整執行過程

一次精通Redis、UNIX程式設計、分散式系統、儲存系統

　　▍本書主要內容

　　本書深入分析了Redis的實現原理，所以並不是Redis的入門書。為了儘量降低閱讀難度，本書複習了Redis各個核心功能的實現原理，提取了Redis核心程式（本書會儘量避免堆積程式），並以適量圖文，對Redis原始程式及其實現原理進行詳細分析，介紹Redis核心功能的設計思想和實現流程。

　　雖然本書的大部分內容是對Redis原始程式的分析，但是並不複雜，即使讀者只是簡單了解C語言的基礎語法，也可以輕鬆讀懂。

　　另外，本書結合Redis目前的最新版本6，分析了Redis最新特性，如Redis 6的ACL、Tracking等機制。為了照顧對Redis最新特性不熟悉的讀者，這部分內容提供了詳細的應用範例，幫助讀者循序漸進、由淺到深地學習和了解Redis最新特性。

　　本書也不侷限於Redis，而是由Redis延展出了兩方面內容：

　　（1）Redis中使用的UNIX機制，包括UNIX網路程式設計、執行緒同步等內容，本書會透過原始程式展示Redis如何使用這些UNIX機制。

　　（2）如何透過Redis實現一個分散式系統，主要是Sentinel、Cluster機制的實現原理。

　　本書使用的原始程式版本是Redis 6，本書提供的Redis操作案例，如無特殊說明，也是在Redis 6版本上執行的操作實例。

本書特色

　　．分析Redis的字串、清單、雜湊、集合這幾種資料類型的編碼格式。

　　．介紹Redis事件機制與命令執行過程。

　　．利用I/O重複使用模型，實現事件循環機制。

　　．說明Redis持久化與複製機制。

　　．檔案持久化、從節點複製，透過將資料複製到不同備份中，從而保持資料安全。

　　．使用RDB、AOF持久化機制，以及主從節點複製流程等。

　　．Redis分散式架構，從流行的分散式演算法Raft出發，分析Sentinel監控節點，Cluster叢集實現資料分片，支援動態新增、刪除叢集節點，以及容錯移轉。

　　．說明Redis中的進階特性，包括Redis交易、非阻塞刪除、ACL存取控制清單、Tracking機制、Lua指令稿、Module模組、Stream訊息流等內容。

作者介紹

作者簡介

梁國斌

　　多年軟體設計與開發經驗。Redis長期使用者，熟悉Redis的核心原理與實現方式。公眾號(binecy)的維護者，主要分享各類軟體和框架的原始碼分析。

序

前言

　　Redis是開放原始碼的key-value儲存系統，可作為資料庫、快取、訊息元件。Redis的作者是Salvatore Sanfilippo（網名為antirez），他在2009年開發完成並開放了Redis原始碼。Redis由於性能極高、功能強大，迅速在業界流行，現已成為高併發系統中最常用的元件之一。

　　Redis提供了多種類型的資料結構，如字串（String）、雜湊（Hash）、串列（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set）等。Redis還是分散式系統，主從叢集可以實現資料熱備份，檢查點（Sentinel）機制可以保證主從叢集高可用，Cluster叢集則提供了水平擴充的能力。Redis還提供了持久化、Lua指令稿、Module模組、Stream訊息流、Tracking機制等一系統強大功能，適用於各種業務場景。

　　▍寫作目的

　　雖然筆者主要使用Java語言開發程式，卻一直希望從原始程式層面深入分析一個C語言實現的分散式系統。C語言可以說是最接近低階語言的開發語言，分析C語言程式，可以讓我們更深入地了解作業系統的底層知識。於是，筆者學習了Redis原始程式，並編寫了本書。

　　為什麼選擇Redis呢？因為Redis是一個典型的「小而美」的程式。Redis實現簡單，原始程式非常優雅簡潔，閱讀起來並不吃力，而且Redis功能齊全，涵蓋了資料儲存、分散式、訊息流等許多特性，非常值得深入學習。

　　透過編寫本書，筆者對Redis、UNIX程式設計、分散式系統、儲存系統都有了更深入的了解，再學習其他相關的系統（如MySQL、Nginx等），就可以舉一反三、觸類旁通。希望本書也可以幫助讀者百尺竿頭，更進一步。

　　▍本書結構

　　第1部分分析了Redis的字串、清單、雜湊、集合這幾種資料類型的編碼格式。編碼格式，即資料的儲存格式，對於資料庫，資料的儲存格式非常重要，如關聯式資料庫的行式儲存和列式儲存。而Redis作為記憶體中資料庫，對於資料編碼的整體設計思想是：最大限度地「以時間換空間」，從而最大限度地節省記憶體。這部分內容詳細分析了Redis對記憶體的使用如何達到「錙銖必較」的程度。

　　第2部分分析了Redis的核心流程，包括Redis事件機制與命令執行過程。Redis利用I/O重複使用模型，實現了自己的事件循環機制，而Redis底層由該事件機制驅動運行（很多遠端服務程式都使用類似的架構，如Nginx、MySQL等）。Redis事件機制設計優雅、實現簡單，並且性能卓越，可以說是「化繁為簡」。

　　第3部分分析了Redis持久化與複製機制。雖然Redis是記憶體中資料庫，但仍然最大限度地保證了資料的可靠性。不管是檔案持久化，還是從節點複製，核心思想都是一樣的：透過將資料複製到不同備份中，從而保持資料安全。這部分內容分析了RDB、AOF持久化機制，以及主從節點複製流程等內容，介紹了Redis資料是如何「不脛而走」的。

　　第4部分分析了Redis分散式架構。這部分內容從流行的分散式演算法Raft出發，分析了Sentinel如何監控節點，Cluster叢集如何實現資料分片，如何支援動態新增、刪除叢集節點，以及它們的「拿手好戲」——容錯移轉。

　　第5部分分析了Redis中的進階特性，包括Redis交易、非阻塞刪除、ACL存取控制清單、Tracking機制、Lua指令稿、Module模組、Stream訊息流等內容。Redis為各種高性能、高可用場景提供了非常全面的支援，可以說是「包羅萬象」。

　　▍致謝

　　感謝寫作過程中身邊朋友的支持，他們給予筆者很多的力量。感謝Redis的作者antirez，優秀的Redis離不開antirez的辛勤付出，向他致敬。感謝電子工業出版社博文視點的陳曉猛編輯，陳編輯專業的寫作指導和出版組織工作，使得本書得以順利出版。感謝電腦產業的內容創作者，他們的各種分享、網誌文章及圖書都在積極推動產業的發展，也為本書的編寫提供了靈感和參考。

梁國斌

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