Redis学习笔记（1）- 数据类型

一、Redis基础数据类型

  Redis支持五种数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及zset(sorted set：有序集合)。

1、String 字符串

  String类型是 Redis 最基本的数据类型，String 类型是二进制安全的，意思是 Redis的 String 可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。Redis 的字符串是动态字符串，是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于 Java 的 ArrayList，采⽤预分配冗余空间的⽅式来减少内存的频繁分配，当字符串⻓度⼩于 1M时，扩容都是加倍现有的空间，如果超过 1M，扩容时⼀次只会多扩1M 的空间，String类型的值最大能存储 512MB。

2、Hash 字典

  Hash 是一个键值(key=>value)对集合，是一个 String 类型的 field 和 value 的映射表，Hash 特别适合用于存储对象。
  Hash的结构为数组 +链表⼆维结构。第⼀维 hash 的数组位置碰撞时，就会将碰撞的元素使⽤链表串接起来。Redis 的字典的值只能是字符串。当字典很大的时候，会进行rehash，Redis 为了⾼性能，不能堵塞服务，采⽤了渐进式 rehash 策略。
  渐进式 rehash 保留新旧两个 hash 结构，查询时会同时查询两个 hash 结构，然后在后续的定时任务中以及hash 操作指令中，循序渐进地将旧 hash 的内容⼀点点迁移到新的hash 结构中。当搬迁完成了，就会使⽤新的hash结构取⽽代之。当 hash 移除了最后⼀个元素之后，该数据结构⾃动被删除，内存被回收。

3、Hash 字典

  List是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。List相当于 Java 语⾔⾥⾯的 LinkedList，数据结构形式为链表，插⼊和删除操作⾮常快，时间复杂度为O(1)，但是索引定位很慢，时间复杂度为 O(n)。当列表弹出了最后⼀个元素之后，该数据结构⾃动被删除，内存被回收。插入元素后，各元素的相对位置确定，遍历的结果也与之保持一致。链表元素可以重复。

4、Set 集合

  Set 是 string 类型的无序且不重复的集合。集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。Redis 的集合相当于 Java 语⾔⾥⾯的 HashSet，它内部的键值对是⽆序的唯⼀的。它的内部实现相当于⼀个特殊的字典，字典中所有的value 都是⼀个值NULL。当集合中最后⼀个元素移除之后，数据结构⾃动删除，内存被回收。

5、zset （sorted set：有序集合）

  zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。zset 类似于 Java 的 SortedSet 和HashMap的结合体，它的内部实现⽤的是⼀种叫做「跳跃列表」的数据结构。zset 中最后⼀个 value 被移除后，数据结构⾃动删除，内存被回收。

二、基础数据类型的内部编码

  数据类型是Redis数据结构的表现，内部编码是数据类型的内部实现。每种数据结构都有自己底层的内部编码实现，而且是多种实现，这样Redis会在合适的场景选择合适的内部编码。每种数据结构都有两种以上的内部编码实现，例如string数据结构就包含了raw、int和embstr三种内部编码。同时，有些内部编码可以作为多种外部数据结构的内部实现，例如ziplist就是hash、list和zset共有的内部编码。
  Redis这样外部结构和内部编码分离的设计方式的优势：第一，可以改进内部编码，而对外的数据结构和命令没有影响，这样一旦开发开发出优秀的内部编码，无需改动外部数据结构和命令。第二，多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势。例如ziplist比较节省内存，但是在列表元素比较多的情况下，性能会有所下降，这时候Redis会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为linkedlist。

1、查看数据类型、内部编码

  查看数据类型的方式：type [key]，如下图示：

  查看内部编码的方式：object encoding [key]，如下图所示：

2、String 的内部编码

  字符串类型的内部编码有3种，Redis会根据当前值的类型和长度决定使用内部编码实现。

• int：8个字节的长整型，即保存long型的64位有符号整数
• embstr：小于等于44个字节的字符串。
• raw：大于44个字节的字符串。

注：在3.2版本之前，据说是按照39个字节作为分界的（未实际验证）。

3、Hash的内部编码

  Hash类型的内部编码有两种：ziplist（压缩列表）和 （哈希表）。

• ziplist（压缩列表）：当Hash类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个），同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64个字节）时，Redis会使用ziplist作为哈希的内部实现ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，所以在节省内存方面比hashtable更加优秀。压缩列表的缺点：每次插入或删除一个元素时，都需要进行频繁的调用realloc()函数进行内存的扩展或减小，然后进行数据”搬移”，甚至可能引发连锁更新，造成严重效率的损失。
• hashtable（哈希表）：当哈希类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用hashtable作为哈希的内部实现。因为此时ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O(1)。

上面例子只演示了value大于hash-max-ziplist-value配置的情况，如果 元素个数大于hash-max-ziplist-entries配置，也会使用hashtable的内部编码。

4、List的内部编码

  列表类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个）。同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64个字节）时，Redis会使用ziplist作为哈希的内部实现。和Hash类型一样，满足条件就是用ziplist，否则使用linkedlist。
• linkedlist（链表）：当列表类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用linkedlist作为列表的内部实现。
• quicklist（快速列表）：在Redis 3.2版本中新加的内部编码，是以一个zpilist为节点的linkedlist，结合了ziplist和linkedlist两者的优势，为列表类型提供了一种更为优秀的内部编码实现。quicklist宏观上是一个双向链表，因此，它具有一个双向链表的优点，进行插入或删除操作时非常方便，虽然复杂度为O(n)，但是不需要内存的复制，提高了效率，而且访问两端元素复杂度为O(1)。双向链表便于在表的两端进行push和pop操作，但是它的内存开销比较大。首先，它在每个节点上除了要保存数据之外，还要额外保存两个指针；其次，双向链表的各个节点是单独的内存块，地址不连续，节点多了容易产生内存碎片。在quicklist表头结构中，有两个成员是fill和compress，其中” : “是位域运算符，表示fill占int类型32位中的16位，compress也占16位。fill和compress的配置文件是redis.conf。

  1、fill成员对应的配置：list-max-ziplist-size -2

当数字为负数，表示以下含义：

• -1 每个quicklistNode节点的ziplist字节大小不能超过4kb。（建议）
• -2 每个quicklistNode节点的ziplist字节大小不能超过8kb。（默认配置）
• -3 每个quicklistNode节点的ziplist字节大小不能超过16kb。（一般不建议）
• -4 每个quicklistNode节点的ziplist字节大小不能超过32kb。（不建议）
• -5 每个quicklistNode节点的ziplist字节大小不能超过64kb。（正常工作量不建议）
• 当数字为正数，表示：ziplist结构所最多包含的entry个数。最大值为 215。

  compress成员对应的配置：list-compress-depth 0

后面的数字有以下含义：

• 0 表示不压缩。（默认）
• 1 表示quicklist列表的两端各有1个节点不压缩，中间的节点压缩。
• 2 表示quicklist列表的两端各有2个节点不压缩，中间的节点压缩。
• 3 表示quicklist列表的两端各有3个节点不压缩，中间的节点压缩。
• 以此类推，最大为 216。

5、Set的内部编码

  集合类型的内部编码有两种：

• intset（整数集合）：当集合中的元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries配置（默认512个）时，Redis会选用intset来作为集合内部实现，从而减少内存的使用。
• hashtable（哈希表）：当集合类型无法满足intset的条件时，Redis会使用hashtable作为集合的内部实现。当某个元素不为整数时，内部编码也会变为hashtable。
  

6、ZSet的内部编码

  有序集合类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当有序集合的元素个数小于zset-max-ziplist-entries配置（默认128个）。同时每个元素的值小于zset-max-ziplist-value配置（默认64个字节）时，Redis会用ziplist来作为有序集合的内部实现，ziplist可以有效减少内存使用。
• skiplist（跳跃表）：当ziplist条件不满足时，有序集合会使用skiplist作为内部实现，因为此时zip的读写效率会下降。
  

参考：
1、《面试官看了赞不绝口的Redis笔记》、
2、《Redis的五种数据结构的内部编码》