Redis RDB 存储结构到底是怎么回事，深入挖掘它的核心秘密和设计理念

Redis的RDB持久化机制,可以想象成给Redis内存中的数据拍一张快照，这张快照是一个二进制文件，默认名字叫dump.rdb，它的设计理念最核心的一点就是简单和快速，Redis的设计者Salvatore Sanfilippo（antirez）在很多讨论中都强调，他偏好简单、可预测且高性能的解决方案，RDB正是这种理念的产物：在指定的时间点，通过fork一个子进程，由这个子进程来承担创建快照的所有I/O密集型工作，而父进程（主进程）继续无忧无虑地处理客户端的命令，确保服务的性能不受影响。

这张“快照”文件里面到底是怎么存放数据的呢？它的结构并不神秘，可以把它理解成一种序列化格式，就像把一堆杂乱无章的内存数据，按照一定的规则整理、打包成一个紧凑的文件。

整个RDB文件的结构大致可以分为几个部分,我们从头到尾来看：

文件头（Magic Number和版本号） 文件的最开头几个字节是固定的字符串REDIS，这是一个“魔数”，用来快速识别这个文件是不是一个合法的RDB文件，紧接着是RDB的版本号，比如0009，表示这是第9版格式，这个版本号很重要，因为不同版本的Redis可能会对RDB格式做细微调整，有了版本号，Redis在加载时就知道该用哪种方式去解析它。

数据库选择器 Redis可以有多个数据库（默认16个），在RDB文件中，数据是按数据库来分块存储的，在文件头之后，会有一个特殊的字节来标记“接下来是第几号数据库的数据”。0xFE这个字节后面会跟着一个数字，表示下面要存储的是0号数据库的键值对。

键值对数据的主体部分 这是文件最核心、最庞大的部分，它存储了所有实际的键值对，但它的存储方式不是简单的“键长度+键内容+值长度+值内容”，而是采用了更精巧的设计来节省空间。

• 过期时间：如果一个键设置了过期时间，RDB会先在键值对数据之前，用特殊的字节（如0xFD或0xFC）标记，后面跟上过期的时间戳（秒或毫秒精度），这样，在加载RDB文件时，Redis就能准确地恢复键的过期状态。
• 值的编码：这是RDB设计的巧妙之处，Redis会根据值的数据类型（字符串、列表、哈希、集合、有序集合）以及内容的长度和特点，采用不同的编码方式来存储，这被称为序列化格式的优化。
  • 对于短小的字符串，它会直接存储其二进制内容。
  • 对于整数，它会用更紧凑的格式存储，比如一个字节就能存下的整数，绝不会用四个字节。
  • 对于列表、集合这类由多个元素组成的数据结构，它会先存储元素的数量，然后逐个存储每个元素，元素本身也可能是字符串或整数，同样会采用优化的编码。
  • 对于哈希表，则是先存储键值对的数量，然后交替存储字段名和字段值。
  • 对于有序集合，会存储成员（member）和分值（score），并确保分值被正确地解析为浮点数。

这种根据数据类型和内容动态选择编码的方式,极大地压缩了RDB文件的大小，这也是其高效的重要原因之一。

文件尾 在所有的数据库数据都存储完毕之后，RDB文件会用一个特殊的字节0xFF作为结束标志，还会附上整个文件的校验和（checksum），通常是一个8字节的CRC64校验码，这个校验和是用来检查文件在磁盘上是否损坏的，当Redis加载RDB时，它会计算一遍文件的校验和，与文件末尾存储的校验和进行对比，如果不一致，就会拒绝加载，避免将错误的数据载入内存，保证了数据的完整性。

深入挖掘设计理念

从上述结构我们可以挖掘出RDB的几个核心设计秘密和理念：

• 空间效率：通过针对不同数据类型和内容长度的精细化编码，最大限度地减少磁盘空间占用，这体现了对存储和网络传输（用于主从复制）效率的追求。
• 加载速度极快：由于RDB文件是数据的二进制序列化形式，加载它就像是将一个打包好的数据直接映射到内存中，过程非常直接和快速，远比一条条执行命令来重建数据（AOF的方式）要快得多，这使得Redis重启速度非常快。
• 灾难恢复与备份：RDB文件是一个完整的、紧凑的单一文件，非常适合用来做灾难恢复，你可以轻松地将某个时间点的RDB文件拷贝到别处作为备份，甚至可以将它恢复到不同版本的Redis实例上（在版本兼容的前提下）。
• 对主进程影响最小化：通过fork子进程来写RDB，巧妙地利用了操作系统写时复制（Copy-on-Write）的特性，在数据量很大但写入不频繁的场景下，这种方式对主进程的性能影响可以降到非常低。

RDB的缺点也很明显,就是可能会丢失最后一次快照之后的数据（比如你设置每5分钟保存一次，那么服务器故障时最多可能丢失5分钟的数据），但正是这种在数据安全性和性能之间做出的权衡，体现了antirez务实的设计哲学：没有完美的方案，只有适合特定场景的方案，RDB以其结构简单、恢复迅速、备份方便的特点，成为了Redis持久化策略中不可或缺的一环。

Redis RDB存储结构的核心秘密就在于其二进制的、按类型优化的序列化格式，以及通过子进程处理I/O的巧妙架构，这一切都服务于其追求简单、高效、实用的根本设计理念。