Redis源码剖析和注释(九)— 字符串命令的实现(t_string)

作者:men_wen

出处:https://blog.csdn.net/men_wen/column/info/15428


1. 字符串命令介绍

redis中的所有字符串命令如下:字符串类型命令详解

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);
    }
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