Redis基础篇
一、从常用数据结构说起
上文说到Redis提供了丰富的数据结构，包括STRING（字符串）、LIST（列表）、SET（集合）、HASH（散列）和ZSET（有序集合）基本数据类型。
先来一波操作感受一下：
基本的数据类型的大概使用就到这里，接下来就分析一下它的内部结构是怎么实现的。
二、底层实现
Redis是KV类型的数据库，Key-Value我们一般会用什么数据结构存储？
哈希表！没错Redis的最外层确实也是通过hashtable实现的。在Redis里面每个键值对都是一个dictEntry，通过指针指向key的存储结构和value的存储结构，此外还有一个next存储里指向下一个键值对的指针。
typedef struct dictEntry {
void *key; //key void*表示任意类型指针
union {
void *val;//value定义
uint64_t u64;
int64_t s64;
double d;
}
v;
struct dictEntry *next;
//next指针
}
dictEntry;
看到这里大家会有疑惑，那过期时间放在哪里？
对，实际上在dicEntry的外面还有一层redisDB。
/* Redis数据库结构体 */
typedef struct redisDb
{
// 数据库键空间，存放着所有的键值对（键为key，值为相应的类型对象）
dict *dict;
// 键的过期时间
dict *expires;
// 处于阻塞状态的键和相应的client（主要用于List类型的阻塞操作）
dict *blocking_keys;
// 准备好数据可以解除阻塞状态的键和相应的client
dict *ready_keys;
// 被watch命令监控的key和相应client
dict *watched_keys;
// 数据库ID标识 int id;
// 数据库内所有键的平均TTL（生存时间）
long long avg_ttl;
}
redisDb;
外层说完了，接下来就以set hello world为例，逐步分析一下。
首先key是字符串，Redis自己实现了一个字符串类型叫SDS，后面我们会细说，所以hello指向一个SDS的存储结构。value是world，也是一个字符串，是不是也用SDS存储呢？
这里就要重点介绍以下了，由前文我们知道Redis的key都是字符串类型，value的类型有多种。那Redis如何是适配这多种类型呢？于是就封装了一层redisObject。而我们所说的Redis数据类型的任何一种，都是通过redisObject存储的。想学习交流HashMap,nginx、dubbo、Spring MVC,分布式、高性能高可用、MySQL，redis、jvm、多线程、netty、kafka、的加尉xin（同英）：1253431195 扩列获取资料学习，无工作经验不要加哦！
我们来看一下redisObject的结构：
typedef struct redisObject {
//对象的数据类型，占4bits，共5种类型
unsigned type:4;
//对象的编码类型，占4bits，共10种类型
unsigned encoding:4;
//least recently used
//实用LRU算法计算相对server.lruclock的LRU时间
unsigned lru:LRU_BITS;
/* lru time (relative to server.lruclock) */
//引用计数
int refcount;
//指向底层数据实现的指针
void *ptr; }
robj;
到这里就能看出一些奇妙的地方了，type是数据类型，encoding是编码类型，且数量不等。有意思了，那我们接下来看看这个encoding究竟是些什么。
127.0.0.1:6379> set number 123
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
“int”
127.0.0.1:6379> set story “long long ago,and long long ago,other long long ago”
OK
127.0.0.1:6379> object encoding story
“raw”
127.0.0.1:6379> set msg “hello world”
OK
127.0.0.1:6379> object encoding msg
“embstr”
到此我们大概看出来一些端倪，Redis的数据类型背后根据存储的数据不同使用的不同的编码存储。为什么要这样做呢？
节约存储空间！
其实远远不止这些，我们后面会详细说到。接下来就看每种数据结构有哪些编码类型。
三、数据结构详解
1、String
上文我们已经分析出了，String底层有三种。
int：存储8个字节的长整形
embstr：代表embsds格式的SDS，存储小于44字节的字符串
raw：存储大于44字节的SDS
接下来问题来了，什么是SDS呢？SDS全称是Simple Dynamic String，即简单动态字符串。
struct __attribute__ ((__packed__))
sdshdr8
{
uint8_t len; /* 长度 */
uint8_t alloc; /* 分配的内存大小 */
unsigned char flags;
/* 属性，标志不同种类的sds */
char buf[];/* 内容 */
};
本质上就是一个char数组！
那么既然是一个char数组，为什么要通过SDS实现呢？
SDS
很简单，因为C语言中没有字符串类型，只有char数组。但是使用char数组会有一些问题，什么问题呢，大家可以想一下。想学习交流HashMap,nginx、dubbo、Spring MVC,分布式、高性能高可用、MySQL，redis、jvm、多线程、netty、kafka、的加尉xin（同英）：1253431195 扩列获取资料学习，无工作经验不要加哦！
1、必须分配足够的空间，否则可能会溢出
2、如果要获取长度，需要遍历数组，时间复杂度是O(n)
3、如果长度变更，需要重新内存分配
4、字符串规则是遇到第一个’/0’即为结束，因此不能存放二进制的内容
好了，既然有了这些问题，SDS是如何解决的呢？
1、SDS实现了动态扩容，无需担心溢出的问题
2、定义了len属性，获取长度时间复杂度是O(1)
3、通过空间预分配和惰性空间释放，放置了重新分配内存
4、判断结束标志示len属性，避免了二进制不安全
哇，到这里是不是感觉到Redis的编码格式设计的很巧妙。别着急，慢慢来，还有。
embstr和raw，为什么要设计两个编码格式呢？就是为了长度不同吗？SDS也已经满足了呀？
实际原因是embstr的使用，只分配了一次内存，redisObject和SDS是一起分配的，二raw是分配了两次内存
那这三种类型之间是怎么转换的呢？
1、int 不在时整形，转成raw
2、int大小超过long的范围，转成embstr
3、embstr超过44字节，转成raw
注意：不可回转！！！
到此，String的数据结构就介绍完毕了。最后大家都思考一下String的使用场景有哪些？
1、缓存：热点数据，提升检索效率；
2、数据共享：session共享多个服务器共用；
3、分布式锁：setNx方法，判断是否添加成功；
4、全局唯一ID：INT类型的incrby；
5、计数器：INT类型
6、限流：INT类型
哈哈，是不是感觉String好强大，不需要其他数据类型了？那么问题来了，如果我要存一个对象怎么办？举个例子，存一个学生信息，包括姓名、年龄、学号等信息。大家可能会说，String存储一个json就行了，没错可以实现。但是我如果只想获取学生的年龄呢？想学习交流HashMap,nginx、dubbo、Spring MVC,分布式、高性能高可用、MySQL，redis、jvm、多线程、netty、kafka、的加尉xin（同英）：1253431195 扩列获取资料学习，无工作经验不要加哦！
接下来介绍的Hash类型，就是解决这个问题的。
2、Hash
Hash类型是指Redis键值对中的值本身又是一个键值对结构，形如value=[{field1，value1}，…{fieldN，valueN}]，hash的value只能是字符串，不能嵌套其他类型。同样是存储字符串，Hash和String有什么区别呢？如下图所示:
从上图可以明显看出：
1、把所有相关的值聚集到一个key中，节省内存空间
2、只使用一个key，可以有效减少key冲突
3、当需要批量获取值的时候，只需要使用一个命令，减少内存/IO/CPU
那么它的底层编码是如何实现的呢？是不是使用dicEntry实现的呢？我们先来操作一波：
127.0.0.1:6379> hset user1 name aaaaaaaaaaaaaaaaaaa
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset user2 name aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding user1
“ziplist”
127.0.0.1:6379> object encoding user2
“hashtable”
可以看到，哈希类型的内部编码有两种：ziplist(压缩列表),hashtable(哈希表)。又有两个陌生的结构，不要慌张，我们下文会逐个分析。