Redis——Redis数据类型的底层数据结构

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1.简介

redis是以键值对存储数据的，所以对象又分为键对象和值对象，即存储一个key-value键值对会创建两个对象，键对象和值对象。键对象总是一个字符串对象，而值对象可以是五大对象中的任意一种。
在Redis中，每个对象都是存储在RedisObject中（Redis自己实现的包装类数据结构），下面逐一分析

typedef struct redisObject {
    // 类型
    unsigned type:4;
    // 编码
    unsigned encoding:4;
    // 指向底层实现数据结构的指针
    void *ptr;
    // ...
} robj;

2.String——Int、SDS

字符串string的底层是 通过SDS（简单动态字符串）和直接存储 实现的（SDS是Redis在C的基础上自定义实现的一种数据结构），String有三种编码方式：int（整数型，直接以RedisObject存储）、raw（大于等于32位，转换为sds进行存储）、embstr（小于32位，同上）

int编码

raw 编码

字符串对象总结：

• 在Redis中，存储long、double类型的浮点数是先转换为字符串SDS再进行存储的。
• raw与embstr编码效果是相同的，不同在于内存分配与释放，raw两次，embstr一次。
• embstr内存块连续，能更好的利用缓存在来的优势
• int编码和embstr编码如果做追加字符串等操作，满足条件下会被转换为raw编码；
• embstr编码的对象是只读的，一旦修改会先转码到raw。

3.List——ZipList、Linkedlist

List的编码可以是ziplis（压缩列表——可类比数组，压缩列表的内存块是连续的，并分配内存的次数一次即可）t和linkedlist（双向链表）之一。可以用于消息队列类型场景，入队出队方便。

4.Hash——ZipList、HashTable

Redis hash 特别适用于存储对象。哈希对象的编码可以是ziplist和hashtable之一。
（1）ziplist编码
ziplist编码的哈希对象底层实现是压缩列表
（2）hashtable编码
hashtable编码的哈希对象底层实现是字典，哈希对象中的每个key-value对都使用一个字典键值对来保存。字典键值对即是，字典的键和值都是字符串对象，字典的键保存key-value的key，字典的值保存key-value的value。

5.Set——IntSet、HashSet

集合对象的编码可以是intset和hashtable之一。从名称就可以知道，IntSet即为整数类集合对象。
（1）intset编码
intset编码的集合对象底层实现是整数集合，所有元素都保存在整数集合中。IntSet底层实现是有序集合（类比于有序数组），所以其查找时间复杂度为O（log n），但规模小的情况下与HashTable的O(1)没有太大差别。 可能这时你会发问，set不是无序的吗，怎么IntSet是有序的，其实set的最主要作用是无重复集合，有序无序它并不关心，所以Redis在实现时，规模小的情况下为了节约内存，所以采取了时间换空间的策略。

集合对象使用intset编码需要满足两个条件：一是所有元素都是整数值；二是元素个数小于等于512个；不满足任意一条都将使用hashtable编码。

（2）hashtable编码
hashtable编码的集合对象底层实现是字典，字典的每个键都是一个字符串对象，保存一个集合元素，不同的是字典的值都是NULL；可以参考java中的hashset结构。

6.Zset（有序集合）——ZipList、SkipList

有序集合的编码可以是ziplist和skiplist之一。

（1）ziplist编码

ziplist编码的有序集合对象底层实现是压缩列表，其结构与哈希对象类似，不同的是两个紧密相连的压缩列表节点，第一个保存元素的成员，第二个保存元素的分值，而且分值小的靠近表头，大的靠近表尾。

（2）skiplist编码

skiplist编码的有序集合对象底层实现是跳跃表+字典：

• 每个跳跃表节点都保存一个集合元素，并按分值从小到大排列；节点的object属性保存了元素的成员，score属性保存分值；

• 字典的每个键值对保存一个集合元素，字典的键保存元素的成员，字典的值保存分值。

为何skiplist编码要同时使用跳跃表和字典实现？

• 字典的作用：可以在O(1)时间复杂度内通过对象查找到分值，如zscore命令
• 跳表的作用：避免每次按分值区间查找（zrange)或者rank（zrank)的时候都要进行排序
• 跳跃表优点是有序，区间查找更快，但是查询具体某个分值复杂度为O(logn)；字典查询分值复杂度为O(1) ，但是无序。所以结合两个的优点进行实现。
• 虽然采用两个结构但是集合的元素成员和分值是共享的，两种结构通过指针指向同一地址，不会浪费内存。

跳表就是有序链表的二分结构索引，类似于B+树
https://blog.csdn.net/sinat_30186009/article/details/84193800

7.总结

在Redis的五大数据对象中，string对象是唯一个可以被其他四种数据对象作为内嵌对象的；

列表（list）、哈希（hash）、集合（set）、有序集合（zset）底层实现都用到了压缩列表结构，并且使用压缩列表结构的条件都是在元素个数比较少、字节长度较短的情况下；

四种数据对象使用压缩列表的优点：

（1）节约内存，减少内存开销，Redis是内存型数据库，所以一定情况下减少内存开销是非常有必要的。

（2）减少内存碎片，压缩列表的内存块是连续的，并分配内存的次数一次即可。

（3）压缩列表的新增、删除、查找操作的平均时间复杂度是O(N)，在N再一定的范围内，这个时间几乎是可以忽略的，并且N的上限值是可以配置的。

（4）四种数据对象都有两种编码结构，灵活性增加。