redis存储结构

Base 2.8.7
Redis是一个包含了很多Key-Value对的大字典，这个字典支持的Value非常丰富，可以为 字符串、哈希表、列表、集合和有序集 ，基于这些类型丰富的value，扩展出了功能强大的操作，例如hmset、lpush、sadd等

字典

字典是Redis最基础的数据结构，一个字典即一个DB，Redis支持多DB

Redis字典采用Hash表实现，针对碰撞问题，其采用的方法为“链地址法”，即将多个哈希值相同的节点串连在一起， 从而解决冲突问题。
“链地址法”的问题在于当碰撞剧烈时，性能退化严重，例如：当有n个数据，m个槽位，如果m=1，则整个Hash表退化为链表，查询复杂度O(n)
为了避免Hash碰撞攻击，redis随机化了Hash表种子
Redis的方案是“双buffer”，正常流程使用一个buffer，当发现碰撞剧烈（判断依据为当前槽位数和Key数的对比），分配一个更大的buffer，然后逐步将数据从老的buffer迁移到新的buffer。

Redis字典结构如下：

 typedef struct dict {
     dictType *type;
     void *privdata;
     dictht ht[2]; //双buffer
     int rehashidx;
     int iterators;
 } dict;

 typedef struct dictht {
     dictEntry **table; //hash链表
     unsigned long size;
     unsigned long sizemask;
     unsigned long used;
 } dictht;

 //数据节点
 typedef struct dictEntry {
     void *key;
     union {
         void *val;
         uint64_t u64;
         int64_t s64;
     } v;
     struct dictEntry *next;
 } dictEntry;

redisObject是真正存储redis各种类型的结构，其内容如下：

 typedef struct redisObject {
     unsigned type:4; //逻辑类型
     unsigned notused:2;     /* Not used */
     unsigned encoding:4; //物理存储类型
     unsigned lru:22;        /* lru time (relative to server.lruclock) */
     int refcount;
     void *ptr;  //具体数据
 } robj;

其中type即redis支持的逻辑类型，包括：

 #define REDIS_STRING 0
 #define REDIS_LIST 1
 #define REDIS_SET 2
 #define REDIS_ZSET 3
 #define REDIS_HASH 4

enconding为物理存储方式，一种逻辑类型可以使用不同的存储方式，包括：

 #define REDIS_ENCODING_RAW 0     /* Raw representation */
 #define REDIS_ENCODING_INT 1     /* Encoded as integer */
 #define REDIS_ENCODING_HT 2      /* Encoded as hash table */
 #define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3  /* Encoded as zipmap */
 #define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* Encoded as regular linked list */
 #define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */
 #define REDIS_ENCODING_INTSET 6  /* Encoded as intset */
 #define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7  /* Encoded as skiplist */

字符串

Redis的所有的key都采用字符串保存，另外，Redis也支持字符串类型的value。
字符串类型即前文中看到的REDIS_STRING，其物理实现（enconding）可以为 REDIS_ENCODING_INT或REDIS_ENCODING_RAW 
REDIS_ENCODING_INT保存为long型，即redis会尝试将一个字符串转化为Long，可以转换的话，即保存为REDIS_ENCODING_INT
否则，Redis会将REDIS_STRING保存为字符串类型，即REDIS_ENCODING_RAW
字符串类型在redis中用sds封装，主要为了解决长度计算和追加效率的问题，其定义如下：

 typedef char *sds;
 struct sdshdr {
     int len; "font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">// buf 已占用长度
     int free; "font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">// buf 剩余可用长度
     char buf[];"font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">// 柔性数组，实际保存字符串数据的地方
 };
 static inline size_t sdslen(const sds s) {
     struct sdshdr *sh = (void*)(s-(sizeof(struct sdshdr)));
     return sh->len;
 }
 static inline size_t sdsavail(const sds s) {
     struct sdshdr *sh = (void*)(s-(sizeof(struct sdshdr)));
     return sh->free;
 }

有时间的同学可以详细看下Sds.h和Sds.c两个文件，还是很有意思的。

Hash表

Redis支持Value为Hash表，其逻辑类型为REDIS_HASH，REDIS_HASH可以有两种encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST 和 REDIS_ENCODING_HT
REDIS_ENCODING_HT即前文提到的字典的实现
REDIS_ENCODING_ZIPLIST即ZIPLIST，是一种双端列表，且通过特殊的格式定义，压缩内存适用，以时间换空间。ZIPLIST适合小数据量的读场景，不适合大数据量的多写/删除场景
Hash表默认的编码格式为REDIS_ENCODING_ZIPLIST，在收到来自用户的插入数据的命令时：
1,调用hashTypeTryConversion函数检查键/值的长度大于 配置的hash_max_ziplist_value（默认64）
2,调用hashTypeSet判断节点数量大于 配置的hash_max_ziplist_entries （默认512）

以上任意条件满足则将Hash表的数据结构从REDIS_ENCODING_ZIPLIST转为REDIS_ENCODING_HT

列表

Redis支持Value为一个列表，其逻辑类型为REDIS_SET，REDIS_SET有两种encoding方式，REDIS_ENCODING_ZIPLIST和REDIS_ENCODING_LINKEDLIST
REDIS_ENCODING_ZIPLIST同上
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST是比较正统双端链接表的实现:

 typedef struct listNode {
     struct listNode *prev;
     struct listNode *next;
     void *value;
 } listNode;

列表的默认编码格式为REDIS_ENCODING_ZIPLIST，当满足以下条件时，编码格式转换为REDIS_ENCODING_LINKEDLIST
1,元素大小大于list-max-ziplist-value（默认64）
2,元素个数大于 配置的list-max-ziplist-entries（默认512）

集合

Redis支持Value为集合，其逻辑类型为REDIS_SET，REDIS_SET有两种encoding方式： REDIS_ENCODING_INTSET 和 REDIS_ENCODING_HT（同上）
集合的元素类型和数量决定了encoding方式，默认采用REDIS_ENCODING_INTSET ，当满足以下条件时，转换为REDIS_ENCODING_HT：
1. 元素类型不是整数
2. 元素个数超过配置的“set-max-intset-entries”（默认512）
REDIS_ENCODING_INTSET是一个有序数组，使用的数据结构如下：

 typedef struct intset {
     uint32_t encoding;  //3种类型：INTSET_ENC_INT16、INTSET_ENC_INT32、INTSET_ENC_INT64
     uint32_t length; //元素个数
     int8_t contents[]; //元素实际存放的位置，按序排放
 } intset;

Redis会根据整数大小选择最适合的类型，当发生变更时，进行调整

有序集

Redis支持Value为有序集合，其逻辑类型为REDIS_ZSET，REDIS_ZSET有两种encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST（同上）和 REDIS_ENCODING_SKIPLIST
REDIS_ENCODING_SKIPLIST使用的数据结构如下，其同事：

 typedef struct zset {
     dict *dict;  //Hash字典（同前文）
     zskiplist *zsl; //跳跃表
 } zset;

由于有续集每一个元素包括：两个属性，为了保证对member和score都有很好的查询性能，REDIS_ENCODING_SKIPLIST同时采用字典和有序集两种数据结构来保存数据元素。字典和有序集通过指针指向同一个数据节点来避免数据冗余。
字典中使用member作为key，score作为value，从而保证在O(1)时间对member的查找
跳跃表基于score做排序，从而保证在 O(logN) 时间内完成通过score对memer的查询
有续集默认也是采用REDIS_ENCODING_ZIPLIST的实现，当满足以下条件时，转换为REDIS_ENCODING_SKIPLIST
1. 数据元素个数超过配置的zset_max_ziplist_entries 的值（默认值为 128 ）
2. 新添加元素的 member 的长度大于配置的 zset_max_ziplist_value 的值（默认值为 64 ）

总结

针对同一种数据类型，Redis会根据元素类型/大小/个数采用不同的编码方式，不同的编码方式在内存使用效率/查询效率上差距巨大，在遇到内存问题时，可以尝试下修改相关参数：

 hash-max-ziplist-entries 512
 hash-max-ziplist-value 64
 list-max-ziplist-entries 512
 list-max-ziplist-value 64
 set-max-intset-entries 512
 zset-max-ziplist-entries 128
 zset-max-ziplist-value 64