這年頭，你看到的東西未必就是你認(rèn)為的東西。一個mysql協(xié)議的后面，可能是tidb;一個linux機(jī)器后面，可能是一個精簡的docker;你覺得xjjdog是個女的，但可能ta自己也不太清楚;而當(dāng)你大呼php萬歲的時候，可能是研發(fā)人員和你開個玩笑，重寫了后綴，而后端用的卻是java。

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大家都知道redis速度快，但它的容量和內(nèi)存容量有關(guān)，很容易達(dá)到瓶頸。有些互聯(lián)網(wǎng)公司，直接使用redis作為后端數(shù)據(jù)庫(在下佩服)。當(dāng)業(yè)務(wù)量暴增，就面臨一個redis容量和價格的權(quán)衡問題。改業(yè)務(wù)代碼是來不及了，只好用一些持久化存儲 ，來模擬redis的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

redis支持近十種數(shù)據(jù)類型，最常用的有5種。string、hash、zset、set、list等。本文將針對幾種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，探討一下常用操作的模擬實現(xiàn)。

其實，我們所需要開發(fā)的，就是一個redis代理proxy。redis的客戶端，連接上我們的代理之后，會進(jìn)行協(xié)議解析。解析出來的命令，將會被模擬，然后根據(jù)配置的路由，定位到相應(yīng)的mysql中。

也就是你所使用的redis，其實使用mysql來存儲數(shù)據(jù)的。沒有rdb，也沒有aof。

Redis是文本協(xié)議

redis是文本協(xié)議，協(xié)議名稱叫做RESP。RESP 是 Redis 序列化協(xié)議的簡寫。它是一種直觀的文本協(xié)議，優(yōu)勢在于實現(xiàn)異常簡單，解析性能極好。

如圖，Redis 協(xié)議將傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，可以總結(jié)為 5 種最小單元類型。每個單元結(jié)束時，統(tǒng)一加上回車換行符號\r\n 。

下面是幾個規(guī)則：

單行字符串 以 + 開頭； 
多行字符串 以 $ 開頭，后跟字符串長度； 
整數(shù)值 以 : 開頭，后跟整數(shù)的字符串形式； 
錯誤消息 以 - 符號開頭； 
數(shù)組 以 * 號開頭，后跟數(shù)組的長度； 

比如，下面這個就是數(shù)組[9,9,6]的報文。

*3\r\n:9\r\n:9\r\n:6\r\n 

所以這個協(xié)議的解析和拼裝，是非常簡單的。拿netty來說，就有codec-redis 模塊供我們使用。

實現(xiàn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在數(shù)據(jù)表的設(shè)計上，我們發(fā)現(xiàn)，kv和hash在效率上沒有什么差別，因為它能夠直接根據(jù)key定位到。

反倒是zset，由于有排序的功能，造成了很多操作的執(zhí)行效率都不盡人意。

另外，由于我們不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是使用不同的表進(jìn)行存儲的。所以刪除操作，要在每張表上都執(zhí)行一遍。

kv設(shè)計

kv，即string，是redis里最基本的數(shù)據(jù)類型。一個key對應(yīng)一個value，string類型的值最大能存儲512MB。

設(shè)計專用的數(shù)據(jù)庫表rstore_kv，其中，rkey是主鍵。

rkey        varchar 
val     varchar 
lastTime    bigint 

set操作

insert into rstore_kv("rkey","val","lastTime") values($1,$2,$3) 
on duplicate key update set "val"=$2,"lastTime"=$3 

get操作

select val from rstore_kv where "rkey" = $1 

del操作

delete from rstore_kv where "rkey" = $1 

exists操作

select count(*) as n from rstore_kv where  "rkey" = $1 

ttl操作

select lastTIme from rstore_kv  where  "rkey" = $1 

hash設(shè)計

hash 是一個鍵值(key=>value)對集合。hash 特別適合用于存儲對象。

設(shè)計專用的數(shù)據(jù)庫表rstore_hash，其中，rkey和hkey是聯(lián)合主鍵。

rkey        varchar 
hkey        varchar 
val     varchar 
lastTime    bigint 

hset操作

insert into rstore_hash("rkey","hkey","val","lastTime") values($1,$2,$3,$4) 
on duplicate key update set "val"=$3,"lastTime"=$4 

hget操作

select val from rstore_hash where "rkey" = $1 and "hkey" = $2 

hgetall操作

select hkey,val from rstore_hash where "rkey" = $1 

hdel操作

delete from rstore_hash where "rkey" = $1 and "hkey" = $2 

del操作

delete from rstore_hash where "rkey" = $1 

hlen,hexists操作

select count(*) as num from rstore_hash where "rkey" = $1 

ttl操作

select max(lastTIme) from rstore_hash  where  "rkey" = $1 

zset設(shè)計

Redis zset 和 set 一樣也是string類型元素的集合,且不允許重復(fù)的成員。不同的是每個元素都會關(guān)聯(lián)一個double類型的分?jǐn)?shù)。redis正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。它的底層結(jié)構(gòu)是跳躍表，效率特別高，但是會占用大量內(nèi)存。

設(shè)計專用的數(shù)據(jù)庫表rstore_zset，其中，rkey和member是聯(lián)合主鍵。

rkey        varchar 
member        varchar 
score     double 
lastTime    bigint 

zadd操作

insert into rstore_zset("rkey","member","score","lastTime") values($1,$2,$3,$4) on duplicate key update update set "score"=$3,"lastTime"=$4 

zscore操作

select score from rstore_zset where "rkey" = $1 and "member" = $2 

zrem操作

delete from rstore_zset where "rkey" = $1 and "member" = $2" 

zcard,exists操作

select count(*) as num from rstore_zset where "rkey" = $1 

zcount操作

select count(*) as num from rstore_zset where "rkey" = $1 and score>=$2 and score<=$3 

zremrangebyscore操作

delete from rstore_zset where "rkey" = $1 and score>=$2 and score<=$3 

zrangebyscore操作

select member,score from rstore_zset 
where "rkey" = $1 and score>=$2 and score<=$3 order by score asc,member asc 

zrange操作

select member,score from rstore_zset 
where "rkey" = $1 order by score asc offset $2 limit $3 

zrank操作

select rank from (select member,rank() over (order by "score" asc, "lastTime" asc) as rank from rstore_zset where "rkey" = $1 ) m where m."member"= $2; 

ttl操作

select max(lastTIme) from rstore_zset  where  "rkey" = $1 

del操作

delete from rstore_zset where "rkey" = $1 

set設(shè)計

rkey        varchar 
member        varchar 
lastTime    bigint 

sadd操作

insert into rstore_set("rkey","member","lastTime") values($1,$2,$3) 
on duplicate key update update set "lastTime"=$3 

scard操作

select count(*) as num from rstore_set where "rkey" = $1 

sismember操作

select member from rstore_set where "rkey" = $1 and "member" = $2 

smembers操作

select member from rstore_set where "rkey" = $1 

srem操作

delete from rstore_set where "rkey" = $1 and "member" = $2 

del操作

delete from rstore_set where "rkey" = $1 

ttl操作

select max(lastTIme) from rstore_set  where  "rkey" = $1 

End

本篇文章僅僅模擬了常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的常用功能，有很多很多功能是不支持的，比較明顯的就是分布式鎖setnx等。所以這個proxy層的開發(fā)，要想做到ok，并不是那么簡單。

同時，我們以一種模擬的視角，來看一下redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表現(xiàn)形式。這樣，更能夠加深我們對redis的認(rèn)識，明白它存在的價值。