從 redisObject 說起
在 Redis 中，任意數(shù)據(jù)類型的鍵和值都會被封裝為一個 RedisObject ，也叫做Redis對象，源碼如下
我們來看一下這個結(jié)構(gòu)體中的成員變量分別代表什么：
- unsigned type:4 ：對象類型，分別是 string hash list set zset ，占 4 個 bit 位，如下所示
- #define OBJ_STRING 0 /* String object. */ #define OBJ_LIST 1 /* List object. */ #define OBJ_SET 2 /* Set object. */ #define OBJ_ZSET 3 /* Sorted set object. */ #define OBJ_HASH 4 /* Hash object. */
- unsigned encoding:4： 底層編碼方式，共有 11 種，4 個 bit 位
- unsigned lru:LRU_BITS ：該對象最后一次被訪問的時間，占 24 個 bit ，在 Redis 內(nèi)存回收中起到關(guān)鍵作用
- int refcount ：對象引用計數(shù)器，計數(shù)器為 0 則說明對象無人引用，可以被回收
- void *ptr：指針，指向存放實際數(shù)據(jù)的空間
我們注意到，在 Redis 中有 5 中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（用戶使用的），但在底層卻有 11 種編碼方式，Redis 會根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)類型、存儲數(shù)據(jù)的大小，選擇不同的編碼方式，以獲得最優(yōu)的性能。一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會對應多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如下表所示。
|
數(shù)據(jù)類型 |
編碼方式 |
|
OBJ_STRING |
int、embstr、raw |
|
OBJ_LIST |
LinkedList和ZipList(3.2以前)、QuickList（3.2以后） |
|
OBJ_SET |
intset、HT |
|
OBJ_ZSET |
ZipList、HT、SkipList |
|
OBJ_HASH |
ZipList、HT |
下面，我們現(xiàn)在介紹以下 String 數(shù)據(jù)類型，及其底層的編碼方式。
Redis 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) -- String
String 類型的基本介紹和命令
String 類型，也就是字符串類型，是Redis中最簡單的存儲類型。它可以存儲字符串、整數(shù)或浮點數(shù)。下面是一些 String 類型常用的命令
1.SET key value：設(shè)置指定 key 的值為指定的字符串或數(shù)字。
2.GET key：獲取指定 key 的值。
3.本地虛擬機redis:0>set key01 value01 "OK" 本地虛擬機redis:0>get key01 "value01"
4.INCR key：將指定 key 的值加 1，如果該 key 不存在，則先將其設(shè)置為 0，再進行加 1 操作。
5.DECR key：將指定 key 的值減 1，如果該 key 不存在，則先將其設(shè)置為 0，再進行減 1 操作。
6.INCRBY key increment：將指定 key 的值增加指定的增量。
7.DECRBY key decrement：將指定 key 的值減少指定的減量。
8.AppEND key value：將指定的值追加到指定 key 的值的末尾。
9.STRLEN key：返回指定 key 的值的長度。
10.GETRANGE key start end：返回指定 key 的值的子字符串，根據(jù)起始位置和結(jié)束位置指定。
11.SETRANGE key offset value：將指定 key 的值從指定偏移位置開始，替換為指定的字符串。
12.MSET key1 value1 [key2 value2 ...]：同時設(shè)置多個 key 的值。（”[ ]” 中括號內(nèi)表示可選）
13.MGET key1 [key2 ...]：獲取多個 key 的值。
這里僅給出 SET、GET 命令，其他的請自行測試。這些命令只是 Redis String 類型命令的一小部分，Redis 還提供了其他更多的命令來處理 String 類型的數(shù)據(jù)。你可以參考 Redis 官方文檔以獲取完整的命令列表和詳細的命令說明。
String 類型的底層實現(xiàn)
在 Redis 中，String 類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是采用 C 語言中自帶的字符串類型，C 語言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在很多問題，比如：
- 獲取字符串長度的需要通過運算
- 非二進制安全
- 不可修改
因此，String 在 Redis 中有其他三種編碼方式： int、embstr、raw 。其中， raw 和 embstr 類型，都是基于動態(tài)字符串（SDS）實現(xiàn)的，下面我們先來看看動態(tài)字符串的結(jié)構(gòu)是怎樣的。
動態(tài)字符串（SDS）
動態(tài)字符串的結(jié)構(gòu)體如下
這里解釋一下結(jié)構(gòu)體中各個成員變量的作用：
- len：已經(jīng)保存的字符串字節(jié)數(shù)，不包含結(jié)束標示
- alloc：申請的總的字節(jié)數(shù)，不包含結(jié)束標示
- flags：不同的 SDS 的頭類型，用來控制 SDS 的頭大小
- buf[]：真正存儲數(shù)據(jù)
我們先來聊一下 flags 這個成員變量。在 redis 中其實定義了 5 個 SDS結(jié)構(gòu)體（其中 hisdshdr5 已經(jīng)棄用）如圖所示。他們之間的主要區(qū)別在于 len 和 alloc 的長度不同。
在 redis 中，為了盡可能地節(jié)省內(nèi)存空間，當字符串長度在不同的區(qū)間時，會選擇不同的結(jié)構(gòu)體，例如：
- 當字符串長度在 0~255 個字節(jié)之間時，會選擇 hisdshdr8 ，這樣一來，用于表示字符串字節(jié)數(shù)和申請的總字節(jié)數(shù)的空間就會被大大節(jié)省，以此類推。
例如，一個包含字符串“name”的 sds 結(jié)構(gòu)如下：
SDS之所以叫做動態(tài)字符串，是因為它具備動態(tài)擴容的能力，例如一個內(nèi)容為 “hello” 的 SDS，假如我們要給這個 SDS 追加一段字符串 ”world” ，這里首先會申請新內(nèi)存空間：
- 如果新字符串小于1M，則新空間為擴展后字符串長度的兩倍+1
- 如果新字符串大于1M，則新空間為擴展后字符串長度+1M+1。
這種機制稱為內(nèi)存預分配。內(nèi)存預分配可以減少進行內(nèi)存重新分配的開銷，減少內(nèi)存碎片，使得 redis 的性能得到提高，空間利用率也得到提高。
String 的三種編碼方式
RAW
- raw 是 string 的基本編碼方式，基于簡單動態(tài)字符串（SDS）實現(xiàn)，存儲上限為512mb。當一個字符串采用 raw 的編碼方式的時候，它的結(jié)構(gòu)如圖所示。
EMBSTR
- 如果存儲在 SDS 中的數(shù)據(jù)小于等于 44 字節(jié)，則會采用 EMBSTR 編碼，此時 **RedisObject 與 SDS 是一段連續(xù)空間。而不是像 RAW 的編碼方式一樣，由 ptr 指向另外一片空間，**申請內(nèi)存時只需要調(diào)用一次內(nèi)存分配函數(shù)，效率更高。結(jié)構(gòu)如下，
為什么是 44 字節(jié)？Redis 默認的內(nèi)存分配器 jemalloc 分配內(nèi)存大小的單位是 $2^n$ ，因此，如果分配的空間大小為 2、4 、8 … 字節(jié)等 $2^n$ 字節(jié)，就不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
而 redisObject 和 hisdshdr8 中 len alloc flags三個成員變量加起來剛剛好是 16 + 4 = 20 字節(jié)，如果 char[] （數(shù)據(jù)大小）的大小為 44 字節(jié)時，加起來剛剛好是 64 字節(jié)，也即 26 不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
- RAW 和 EMBSTR 的編碼演示
INT
- 如果存儲的字符串是整數(shù)值，并且大小在 LONG MAX 范圍內(nèi)，則會采用 INT 編碼
- 直接將數(shù)據(jù)保存在 RedisObject 的 ptr 指針位置（剛好8字節(jié))，不再需要SDS了。
- INT 編碼演示
寫在最后：在使用 string 類型時，盡可能讓其長度小于 44 字節(jié)，或者使用整數(shù)表示，使其使用 EMBSTR 和 INT 編碼
