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Redis源碼分析：內(nèi)存管理之道
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Redis是一款高性能、非阻塞的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)中的各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景。在Redis中，內(nèi)存管理是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于Redis的性能表現(xiàn)也起到?jīng)Q定性的影響。本文將深入分析Redis源碼中的內(nèi)存管理實(shí)現(xiàn)方式，幫助我們更好地理解Redis的內(nèi)存管理機(jī)制。
一、Redis的內(nèi)存管理流程
Redis的內(nèi)存管理主要分為三個(gè)階段，分別是內(nèi)存分配、內(nèi)存釋放和內(nèi)存回收。其中，內(nèi)存分配和釋放能力在Redis運(yùn)行過(guò)程中是比較穩(wěn)定的，而內(nèi)存回收則會(huì)隨著Redis運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增強(qiáng)。
1. 內(nèi)存分配
Redis在內(nèi)存分配方面采用了一種稱(chēng)之為“對(duì)象池”的機(jī)制。對(duì)象池是指預(yù)分配一段內(nèi)存空間，當(dāng)需要進(jìn)行內(nèi)存分配時(shí)，直接從內(nèi)存池中取出內(nèi)存，避免了頻繁的malloc/free操作，從而提高了內(nèi)存分配效率。在Redis中，對(duì)象池中的內(nèi)存塊大小是固定的，Redis通過(guò)對(duì)象類(lèi)型來(lái)判斷需要預(yù)分配多大的內(nèi)存空間，并將這些內(nèi)存空間緩存在對(duì)象池中。同時(shí)，在Redis命令執(zhí)行完成后，會(huì)把不再使用的對(duì)象放回到對(duì)象池中，以便下次使用。
2. 內(nèi)存釋放
Redis的內(nèi)存釋放機(jī)制也是在對(duì)象池中實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)需要釋放內(nèi)存時(shí)，直接將對(duì)象返回給對(duì)象池，不需要顯式地調(diào)用free函數(shù)。這樣可以減少對(duì)malloc/free的使用，同時(shí)避免了內(nèi)存碎片問(wèn)題。
3. 內(nèi)存回收
Redis通過(guò)采用引用計(jì)數(shù)的方式進(jìn)行內(nèi)存回收。在Redis中，每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)值，用來(lái)表示有多少個(gè)指針指向該對(duì)象。當(dāng)引用計(jì)數(shù)值為0時(shí)，表示該對(duì)象已經(jīng)沒(méi)有任何指針指向，可以進(jìn)行回收。當(dāng)Redis執(zhí)行delete命令時(shí)，會(huì)對(duì)該對(duì)象的引用計(jì)數(shù)減1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，會(huì)釋放該對(duì)象所占用的內(nèi)存空間。
二、Redis內(nèi)存管理實(shí)現(xiàn)源碼分析
1. 內(nèi)存池的實(shí)現(xiàn)
Redis中的對(duì)象池采用了一種可擴(kuò)展的方式，即初始時(shí)只分配一部分內(nèi)存，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，再根據(jù)需要自動(dòng)擴(kuò)展。下面是Redis中對(duì)象池的定義和相關(guān)代碼實(shí)現(xiàn)（redisObject.h、zmalloc.c）。
/* redisObject.h */
typedef union _redisObject {
struct string {
char *ptr;
size_t len;
} str;
/* 省略其他類(lèi)型成員 */
} robj;
#define OBJ_SHARED_REFCOUNT INT_MAX /* 共享對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值 */
/* zmalloc.c */
#define PREFIX_SIZE (sizeof(long long))
struct zmalloc_hdr- {
unsigned long size; /* 內(nèi)存塊大小 */
unsigned long used; /* 已使用空間 */
unsigned short free; /* 空間的可用狀態(tài) */
struct zmalloc_hdr *prev; /* 上一個(gè)內(nèi)存塊 */
struct zmalloc_hdr *next; /* 下一個(gè)內(nèi)存塊 */
};
typedef struct {
pthread_mutex_t lock; /* 鎖 */
size_t used_memory; /* 已使用內(nèi)存 */
size_t max_memory; /* 最大可用內(nèi)存 */
struct zmalloc_hdr *hdr; /* 對(duì)象池頭節(jié)點(diǎn) */
} zpool;
static zpool zl = { PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 0, ZMALLOC_MAX_MEMORY, NULL };
/* 分配內(nèi)存 */
void *zmalloc(size_t size) {
void *ptr = NULL;
struct zmalloc_hdr *hdr = NULL;
pthread_mutex_lock(&zl.lock);
/* 嘗試在對(duì)象池中找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存鏈表 */
size_t avlable = zl.max_memory - zl.used_memory;
if (size + PREFIX_SIZE
hdr = zl.hdr;
while (hdr) {
if (hdr->free && hdr->size >= size + PREFIX_SIZE) {
hdr->free = 0;
hdr->used += size + PREFIX_SIZE;
zl.used_memory += size + PREFIX_SIZE;
ptr = (void *) ((char *) (hdr + 1) + PREFIX_SIZE);
break;
}
hdr = hdr->next;
}
/* 如果沒(méi)有找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存鏈表，則嘗試擴(kuò)展內(nèi)存 */
if (!ptr) {
size_t allocation_size = ZMALLOC_ALIGN(size + PREFIX_SIZE);
if (allocation_size + zl.used_memory
hdr = (struct zmalloc_hdr *) malloc(allocation_size);
hdr->size = allocation_size;
hdr->used = size + PREFIX_SIZE;
hdr->free = 0;
hdr->prev = NULL;
if (zl.hdr) {
hdr->next = zl.hdr;
zl.hdr->prev = hdr;
} else {
hdr->next = NULL;
}
zl.hdr = hdr;
zl.used_memory += allocation_size;
ptr = (void *) ((char *) (hdr + 1) + PREFIX_SIZE);
}
}
}
pthread_mutex_unlock(&zl.lock);
/* 返回分配的內(nèi)存 */
return ptr;
}
/* 釋放內(nèi)存 */
void zfree(void *ptr) {
if (ptr) {
struct zmalloc_hdr *hdr = (struct zmalloc_hdr *) ((char *) ptr - PREFIX_SIZE);
pthread_mutex_lock(&zl.lock);
if (!hdr->free) {
hdr->free = 1;
hdr->used -= PREFIX_SIZE;
zl.used_memory -= PREFIX_SIZE;
}
if (!hdr->used) {
/* 如果內(nèi)存塊已被釋放，則從內(nèi)存鏈表中移除 */
if (hdr->prev) {
hdr->prev->next = hdr->next;
} else {
zl.hdr = hdr->next;
}
if (hdr->next) {
hdr->next->prev = hdr->prev;
}
zl.used_memory -= hdr->size;
free(hdr);
}
pthread_mutex_unlock(&zl.lock);
}
}
/* 擴(kuò)展內(nèi)存 */
void *zrealloc(void *ptr, size_t size) {
size_t old_size;
void *new_ptr;
if (ptr == NULL) {
return zmalloc(size);
}
if (size == 0) {
zfree(ptr);
return NULL;
}
struct zmalloc_hdr *hdr = (struct zmalloc_hdr *) ((char *) ptr - PREFIX_SIZE);
old_size = hdr->used - PREFIX_SIZE;
new_ptr = zmalloc(size);
if (new_ptr) {
memcpy(new_ptr, ptr, old_size
zfree(ptr);
}
return new_ptr;
}
在Redis中，所有的內(nèi)存分配和釋放都是通過(guò)zmalloc和zfree函數(shù)完成的。在zmalloc函數(shù)中，先嘗試在對(duì)象池中找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存鏈表，如果找到，則分配內(nèi)存，并將分配的內(nèi)存塊標(biāo)記為已使用。如果對(duì)象池中沒(méi)有找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存鏈表，則嘗試擴(kuò)展內(nèi)存。而在zfree函數(shù)中，只需將已使用內(nèi)存塊的狀態(tài)標(biāo)記為未使用即可，如果發(fā)現(xiàn)該內(nèi)存塊未被使用，則將其從內(nèi)存鏈表中移除，并徹底釋放其占用的內(nèi)存空間。在Redis中，zrealloc函數(shù)只是簡(jiǎn)單地調(diào)用了zmalloc和zfree函數(shù)。
2. 引用計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)
Redis中每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)值，用來(lái)表示有多少個(gè)指針指向該對(duì)象。Redis對(duì)引用計(jì)數(shù)值的的操作主要是由incrRefCount和decrRefCount兩個(gè)函數(shù)完成的（redisObject.c）。
/* redisObject.c */
/* 增加引用計(jì)數(shù) */
void incrRefCount(robj *o) {
o->refcount++;
}
/* 減少引用計(jì)數(shù) */
void decrRefCount(robj *o) {
if (o->refcount
printf("Error: refcount is negative.\n");
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當(dāng)前題目：Redis源碼分析內(nèi)存管理之道（redis 源碼 內(nèi)存）
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