Redis专题(2)：Redis数据结构底层探秘

上篇文章Redis闲谈(1)：构建知识图谱介绍了Redis的基本概念、优缺点以及它的内存淘汰机制，相信大家对Redis有了初步的认识。互联网的很多应用场景都有着Redis的身影，它能做的事情远远超出了我们的想像。Redis的底层数据结构到底是什么样的呢，为什么它能做这么多的事情?本文将探秘Redis的底层数据结构以及常用的命令。

本文知识脑图如下：

一、Redis的数据模型

用 键值对 name："小明"来展示Redis的数据模型如下：

dictEntry：在一些编程语言中，键值对的数据结构被称为字典，而在Redis中，会给每一个key-value键值对分配一个字典实体，就是“dicEntry”。dicEntry包含三部分： key的指针、val的指针、next指针，next指针指向下一个dicteEntry形成链表，这个next指针可以将多个哈希值相同的键值对链接在一起，通过链地址法来解决哈希冲突的问题

sds ：Simple Dynamic String，简单动态字符串，存储字符串数据。

redisObject：Redis的5种常用类型都是以RedisObject来存储的，redisObject中的type字段指明了值的数据类型(也就是5种基本类型)。ptr字段指向对象所在的地址。

RedisObject对象很重要，Redis对象的类型、内部编码、内存回收、共享对象等功能，都是基于RedisObject对象来实现的。

这样设计的好处是：可以针对不同的使用场景，对5种常用类型设置多种不同的数据结构实现，从而优化对象在不同场景下的使用效率。

Redis将jemalloc作为默认内存分配器，减小内存碎片。jemalloc在64位系统中，将内存空间划分为小、大、巨大三个范围;每个范围内又划分了许多小的内存块单位;当Redis存储数据时，会选择大小最合适的内存块进行存储。

二、Redis支持的数据结构

Redis支持的数据结构有哪些?

如果回答是String、List、Hash、Set、Zset就不对了，这5种是Redis的常用基本数据类型，每一种数据类型内部还包含着多种数据结构。

用encoding指令来看一个值的数据结构。比如：

127.0.0.1:6379> set name tom 

OK 

127.0.0.1:6379> object encoding name 

"embstr 

此处设置了name值是tom，它的数据结构是embstr，下文介绍字符串时会详解说明。

127.0.0.1:6379> set age 18 

OK 

127.0.0.1:6379> object encoding age 

"int" 

如下表格总结Redis中所有的数据结构类型：

补充说明：

一般情况下这样回答是正确的，前文也提到Redis的数据类型确实是包含这5种，但细心的同学肯定发现了之前说的是“常用”的5种数据类型。其实，随着Redis的不断更新和完善，Redis的数据类型早已不止5种了。

登录Redis的官方网站打开官方的数据类型介绍(https://redis.io/topics/data-types-intro)：

发现Redis支持的数据结构不止5种，而是8种，后三种类型分别是：

位数组(或简称位图)：使用特殊命令可以处理字符串值，如位数组：您可以设置和清除各个位，将所有位设置为1，查找第一个位或未设置位，等等。

HyperLogLogs：这是一个概率数据结构，用于估计集合的基数。不要害怕，它比看起来更简单。

Streams：仅附加的类似于地图的条目集合，提供抽象日志数据类型。

本文主要介绍5种常用的数据类型，上述三种以后再共同探索。

1. string字符串

字符串类型是Redis最常用的数据类型，在Redis中，字符串是可以修改的，在底层它是以字节数组的形式存在的。

Redis中的字符串被称为简单动态字符串「SDS」，这种结构很像Java中的ArrayList，其长度是动态可变的。

struct SDS<T> { 

  T capacity; // 数组容量 

  T len; // 数组长度 

  byte[] content; // 数组内容 

} 

content[] 存储的是字符串的内容，capacity表示数组分配的长度，len表示字符串的实际长度。

字符串的编码类型有int、embstr和raw三种，如上表所示，那么这三种编码类型有什么不同呢?

int 编码：保存的是可以用 long 类型表示的整数值。

raw 编码：保存长度大于44字节的字符串(redis3.2版本之前是39字节，之后是44字节)。

embstr 编码：保存长度小于44字节的字符串(redis3.2版本之前是39字节，之后是44字节)。

设置一个值测试一下：

127.0.0.1:6379> set num 300 

127.0.0.1:6379> object encoding num 

"int" 

127.0.0.1:6379> set key1 wealwaysbyhappyhahaha 

OK 

127.0.0.1:6379> object encoding key1 

"embstr" 

127.0.0.1:6379> set key2 hahahahahahahaahahahahahahahahahahahaha 

OK 

127.0.0.1:6379> strlen key2 

(integer) 39 

127.0.0.1:6379> object encoding key2 

"embstr" 

127.0.0.1:6379> set key2 hahahahahahahaahahahahahahahahahahahahahahaha 

OK 

127.0.0.1:6379> object encoding key2 

"raw" 

127.0.0.1:6379> strlen key2 

(integer) 45 

aw类型和embstr类型对比：

embstr编码的结构：

raw编码的结构：