Redis第8章 对象

• 前面几章介绍的都是Redis基于C优化的基础数据结构，这一章具体介绍五种对象类型的底层结构实现，并且在特定情况下结构会发生转化。

8.1 对象的类型与编码

• Redis每创建一次键值对时至少要生成两个对象，键对象和值对象，每个对象都是用redisObject结构表示。

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;
  //...
} redisObject;

8.1.1 类型（TYPE）

• 键的类型：键总是一个字符串。
• 值的类型：值类型也就是最常见的5中基本类型，分别是字符串（REDIS_STRING）、列表（REDIS_LIST）、哈希（REDIS_HASH）、集合（REDIS_SET）、有序集合（REDIS_ZSET）。
• TYPE命令：TYPE + key可以查看这个对象的值类型。

8.1.2 编码和底层实现（encoding或缩写ENC）

• 编码一共有8种，对应的数据结构分别是：
  • REDIS_ENCODING_INT：long类型整数
  • REDIS_ENCODING_EMBSTR：embstr编码的简单动态字符串
  • REDIS_ENCODING_RAW：简单动态字符串
  • REDIS_ENCODING_HT：字典
  • REDIS_ENCODING_LINKEDLIST：双端链表
  • REDIS_ENCODING_ZIPLIST：压缩列表
  • REDIS_ENCODING_INTSET：整数集合
  • REDIS_ENCODING_SKIPLIST：跳跃表和字典

• 每种基本类型至少使用了两种不同的编码，不同场景下有不同的解决方案，例如Redis会把数字和字符都算做基本类型里的REDIS_STRING，但底层存储时又会有不同的编码，从而提升效率，下面列举所有基本类型可能会使用到的底层编码。

  
  
  基本类型和编码的对应关系.png
• OBJECT ENCODING命令：OBJECT ENCODING + key可以查看这个对象值的编码。

8.2 字符串对象

• 字符串编码可以是REDIS_ENCODING_INT、REDIS_ENCODING_RAW或者REDIS_ENCODING_EMBSTR（这章后续用缩写int、raw、embstr缩写表示）。
• 编码判定条件：
  • 浮点或整形数字不超过32位，用int
  • 超长数字、字符串并且小于等于39字节，用raw
  • 超长数字、字符串并且大于39字节，用embstr
• raw和embstr的共同点和区别：
  • raw和embstr都是使用SDS结构保存数据，但embstr对SDS做了一些优化。
  • raw调用两次内存分配，分别创建了redisObject和sdshdr两个空间，embstr只调用一次，并且内存空间连续。
  • 释放时raw也是调用两次释放，embstr调用一次。
  • embstr本身就是短字符串时使用，内存连续所以效率更高。
  • embstr是只读的，创建后如果需要修改，直接会转化成raw。
• 保存浮点类型时存的是embstr结构，执行一些数字操作时再转成浮点型。

• 浮点型和长整型在数据过长的情况下也会扩展成embstr甚至raw

  
  
  embstr.png
  
  
  raw.png

8.2.1 编码的转换

• 之前提到了在不同条件下string的底层数据结构实现不同，int和embstr会升级成raw，最常见的场景就是APPEND命令。
• 例如初始化一个数字底层是int，拼接一个字符串后就变成了raw。
• embstr同理，但embstr创建后是只读的，任何的修改操作都会直接升级成raw，int和embstr之间不会互相升级。

8.2.1 字符串命令的实现

字符串指令实现.png

8.3 列表

• 列表对象编码可以是ziplist或linkedlist。
• ziplist和linkedlist的区别：
  • ziplist地址连续，而且很少浪费空间，大概就能猜到肯定是节点数少时候会用到ziplist

  • linkedlist是节点间引用连接，每个节点又是一个独立的字符串对象，是上一个小结介绍的字符串对象，字符串对象是唯一被其他对象嵌套的对象。

    
    
    linkedlist.png
    
    
    ziplist.png

8.3.1 编码的转换

• 所有元素长度小于64字节，并且元素数量小于512时用ziplist，否则使用linkedlist

8.3.2 列表指令的实现

list指令实现.png

8.4 哈希对象

• 哈希对象编码可以是ziplist或hashtable。

• ziplist：使用ziplist时因为内存连续，每次添加节点时都会按key、value的顺序添加到列表尾部。

  
  
  ziplist.png

• hashtable：使用字典实现，字典结构的Key和value都各自是一个字符串对象。

  
  
  hashtable.png

8.4.1 编码转换

• 所有键和值都小于64字节，并且节点数量小于512个时使用ziplist，否则使用hashtable。

8.4.1 哈希命令的实现

hash命令.png

8.5 对象集合

• 对象集合编码可以是intset或hashtable。

• intset：

  
  
  intset.png

• hashtable：对象集合的hashtable所有的value都是Null

  
  
  hashtable.png

8.5.1 编码的转换

• 集合都是整数并且元素小于512时，是intset否则用hashtable

8.5.2 对象集合命令的实现

API1.png

API2.png

8.6 有序集合对象

• 有序集合对象编码可以是ziplist或skiplist。

• ziplist：

  
  
  ziplist.png
• skiplist：当zset使用skiplist时，会同时包含一个字典和一个跳跃表。字典的key是数据，value是分值，跳跃表的object是数据，score是分值。两种数据结构通过指针共享数据和分值。
• 为什么同时使用跳跃表和字典：还是性能问题。

  • 字典可以最快的找到对应数据，但zset还有一些范围操作命令，所以引入了跳跃表，只有跳跃表数据查找效率又会低，所以最后的解决方案就是同时引入跳跃表和字典。

    
    
    skiplist.png

8.6.1 编码的转换

• 数量小于128并且元素数量小于64字节用ziplist否则用skiplist。

8.6.2 有序集合命令的实现

有序集合API.png

8.7 类型检查与命令多态

• Redis操作类型分为两种：
  • 可以对任何类型的键执行：DEL、EXPIRE、RENAME、TYPE等等
  • 对特定类型使用：set、get是字符串，HSET、HGET是哈希等等

8.7.1 类型检查的实现

• 在执行特定类型的命令前，Redis会先检查redisObject结构的type属性是否符合要求，否则报错。

8.7.2 多态命令的实现

• 命令根据不同的底层数据结构实现，执行不同的操作。

8.8 内存回收

• Redis的回收使用引用计数的方式实现。
  • 创建时计数+1
  • 对象被新程序使用时+1
  • 对象不被程序使用时-1
  • 对象计数为0时释放内存

8.9 对象共享

• 对象共享和内存回收相关，共享的对象有新引用时计数+1。
• Redis初始化服务器时会创建0-9999的字符串共享变量供程序使用。
• Redis只对包含整数的字符串对象进行共享。

8.10 对象的空转时长

• redisObject属性除了上面提到的三个还有一个属性，lru记录了对象最后一次被访问的时间，OBJECT IDLETIME属性可以打印出来。
• 服务器可以开启maxmemory选项，空转时间较长的键会被释放回收。