11. Redis数据类型底层实现 String 底层实现

整体看

https://mp.weixin.qq.com/s/7ct-mvSIaT3o4-tsMaKRWA
不同数据结构在源码中的名称
1.简单动态字符串sds.c
2.整数集合intset.c
3.压缩列表ziplist.c
4.快速链表quicklist.c
5.字典dict.c
6.Streams的底层实现结构listpack.c和rax.c

不同数据类型在源码中的名称
Redis对象object.c
字符串t_string.c
列表t_list.c
字典t_hash.c
集合及有序集合t_set.c和t_zset.c
数据流t_stream.c

Redis数据库的实现:
1.数据库的底层实现db.c
2.持久化rdb.c和aof.c

Redis服务端和客户端实现:
事件驱动ae.c和ae_epoll.c
网络连接anet.c和networking.c
服务端程序server.c
客户端程序redis-cli.c

主从复制replication.c
哨兵sentinel.c
集群cluster.c
其他数据结构，如hyperloglog.c、geo.c等
其他功能，如pub/sub、Lua脚本

redis 是 key-value 存储系统

其中key类型一般为字符串，value 类型则为redis对象(redisObject)

bitmap--------------------------实质String
hyperLogLog-----------------实质String
GEO----------------------------实质Zset

Redis 中每个对象都是一个 redisObject 结构

/*
 * Redis 对象
 */
typedef struct redisObject {
    // 类型 4bits
    unsigned type:4;
    // 编码方式 4bits
    unsigned encoding:4;
    // LRU 时间（相对于 server.lruclock） 24bits
    unsigned lru:22;
    // 引用计数 Redis里面的数据可以通过引用计数进行共享 32bits
    int refcount;
    // 指向对象的值 64-bit
    void *ptr;
} robj;

set hello word

key 是字符串，但是 Redis 没有直接使用 C 的字符数组，而是存储在redis自定义的 SDS中。
value 既不是直接作为字符串存储，也不是直接存储在 SDS 中，而是存储在redisObject 中。
实际上五种常用的数据类型的任何一种，都是通过 redisObject 来存储的。

看看类型：----------------type 键
看看编码：----------------object encoding hello
debug结构：--------------debug object person

encoding：编码方式

String

1. int
   保存long 型(长整型)的64位(8个字节)有符号整数
   9223372036854775807
   
   如果是浮点数， Redis 内部其实先将浮点数转化为字符串值，然后再保存

2. embstr：
   代表 embstr 格式的 SDS(Simple Dynamic String 简单动态字符串),保存长度小于等于44字节的字符串
   EMBSTR 顾名思义即：embedded string，表示嵌入式的String

3. raw
   保存长度大于44字节的字符串

SDS

Redis没有直接复用C语言的字符串，而是新建了属于自己的结构-----SDS
在Redis数据库里，包含字符串值的键值对都是由SDS实现的(Redis中所有的键都是由字符串对象实现的即底层是由SDS实现，Redis中所有的值对象中包含的字符串对象底层也是由SDS实现)。

sdshdr5、(2^5=32byte)
sdshdr8、(2 ^ 8=256byte)
sdshdr16、(2 ^ 16=65536byte=64KB)
sdshdr32、 (2 ^ 32byte=4GB)
sdshdr64，2的64次方byte＝17179869184G用于存储不同的长度的字符串。
len 表示 SDS 的长度，使我们在获取字符串长度的时候可以在 O(1)情况下拿到，而不是像 C 那样需要遍历一遍字符串。
alloc 可以用来计算 free 就是字符串已经分配的未使用的空间，有了这个值就可以引入预分配空间的算法了，而不用去考虑内存分配的问题。
buf 表示字符串数组，真存数据的。

Redis为什么重新设计一个 SDS 数据结构？

空间预分配：

1）如果sds修改后，sds长度（len的值）小于1mb，那么会分配与len相同大小的未使用空间，此时len与free值相同。例如，修改之后字符串长度为100字节，那么会给分配100字节的未使用空间。最终sds空间实际为 100 + 100 + 1(保存空字符’\0’)；

2）如果大于等于1mb，每次给分配1mb未使用空间
惰性空间释放：对字符串进行缩短操作时，程序不立即使用内存重新分配来回收缩短后多余的字节，而是使用 free 属性将这些字节的数量记录下来，等待后续使用（sds也提供api，我们可以手动触发字符串缩短）；

set k1 123

Redis 启动时会预先建立 10000 个分别存储 0~ 9999 的 redisObject 变量作为共享对象，这就意味着如果 set字符串的键值在 0~10000 之间的话，则可以 直接指向共享对象 而不需要再建立新对象，此时键值不占空间！

• set k1 123
• set k2 123
• 
  Object.c
  
  

set k1 abc

set k1 大于44长度的一个字符串

OBJ_ENCODING_RAW格式，这与OBJ_ENCODING_EMBSTR编码方式的不同之处在于，
此时动态字符串sds的内存与其依赖的redisObject的内存不再连续了

只有整数才会使用int，浮点数先转为字符串。
embstr和raw底层都是SDS

int : Long类型的整数时，RedisObject的ptr指针直接赋值为整数数据，不在额外的指针再指向整数了，节省了指针的空间开销。
embstr : 当保存的是字符串数据且字符串小于等于44字节时，embstr类型将会调用内存分配函数，只分配一块连续的内存空间，空间中依次包含的redisObject与sdshdr两个数据结构，
让元数据、指针和SDS是一块连续的内存区域，这样就可以避免内存碎片

raw： 当字符串大于44字节时，SDS的数据量变多变大了，SDS和RedisObject布局分家各自过，会给SDS分配多个空间并用指针指向SDS结构，raw类型将会调用两次内存分配函数，
分配两块内存空间，一块用于包含redisObject结构，而另一块用于包含sdshdr结构。

redisObject占用空间

4 + 4 + 24 + 32 + 64 = 128bits = 16字节

sdshdr8占用空间

1（uint8_t） + 1（uint8_t）+ 1 （unsigned char）+ 1（buf[]中结尾的’\0’字符）= 4字节

初始最小分配为64字节，所以只分配一次空间的embstr最大为 64 - 16- 4 = 44字节