Redisbook学习笔记（3）数据类型之对象处理机制
在Redis 的命令中，用于对键（key）进行处理的命令占了很大一部分，而对于键所保存的值的
类型（后简称“键的类型” ），键能执行的命令又各不相同。
比如说，LPUSH 和LLEN 只能用于列表键，而SADD 和SRANDMEMBER 只能用于集合
键，等等。
另外一些命令，比如DEL 、TTL 和TYPE ，可以用于任何类型的键，但是，要正确实现这些
命令，必须为不同类型的键设置不同的处理方式：比如说，删除一个列表键和删除一个字符串
键的操作过程就不太一样。
以上的描述说明，Redis 必须让每个键都带有类型信息，使得程序可以检查键的类型，并为它
选择合适的处理方式。
另外，在前面介绍各个底层数据结构时有提到，Redis 的每一种数据类型，比如字符串、列表、
有序集，它们都拥有不只一种底层实现（Redis 内部称之为编码，encoding），这说明，每当对
某种数据类型的键进行操作时，程序都必须根据键所采取的编码，进行不同的操作。
比如说，集合类型就可以由字典和整数集合两种不同的数据结构实现，但是，当用户执行
ZADD 命令时，他/她应该不必关心集合使用的是什么编码，只要Redis 能按照ZADD 命令的
指示，将新元素添加到集合就可以了。
这说明，操作数据类型的命令除了要对键的类型进行检查之外，还需要根据数据类型的不同编
码进行多态处理。
为了解决以上问题，Redis 构建了自己的类型系统，这个系统的主要功能包括：
redisObject 对象。
基于redisObject 对象的类型检查。
基于redisObject 对象的显式多态函数。
对redisObject 进行分配、共享和销毁的机制。
以下小节将分别介绍类型系统的这几个方面。
Note: 因为C 并不是面向对象语言，这里将redisObject 称呼为对象一是为了讲述的方便，
二是希望通过模仿OOP 的常用术语，让这里的内容更容易被理解，redisObject 实际上是只
是一个结构类型。
redisObject 数据结构，以及Redis 的数据类型
redisObject 是Redis 类型系统的核心，数据库中的每个键、值，以及Redis 本身处理的参数，
都表示为这种数据类型。
redisObject 的定义位于redis.h ：
/*
* Redis 对象
*/
typedef struct redisObject {
// 类型
unsigned type:4;
// 对齐位
unsigned notused:2;
// 编码方式
unsigned encoding:4;
// LRU 时间（相对于server.lruclock）
unsigned lru:22;
// 引用计数
int refcount;
// 指向对象的值
void *ptr;
} robj;
type 、encoding 和ptr 是最重要的三个属性。
type 记录了对象所保存的值的类型，它的值可能是以下常量的其中一个（定义位于redis.h）：
/* * 对象类型 */ #define REDIS_STRING 0 // 字符串 #define REDIS_LIST 1 // 列表 #define REDIS_SET 2 // 集合 #define REDIS_ZSET 3 // 有序集 #define REDIS_HASH 4 // 哈希表
encoding 记录了对象所保存的值的编码，它的值可能是以下常量的其中一个（定义位于
redis.h）：
/* * 对象编码 */ #define REDIS_ENCODING_RAW 0 // 编码为字符串 #define REDIS_ENCODING_INT 1 // 编码为整数 #define REDIS_ENCODING_HT 2 // 编码为哈希表 #define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3 // 编码为zipmap #define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 // 编码为双端链表 #define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 // 编码为压缩列表 #define REDIS_ENCODING_INTSET 6 // 编码为整数集合 #define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7 // 编码为跳跃表
ptr 是一个指针，指向实际保存值的数据结构，这个数据结构由type 属性和encoding 属性决
定。
举个例子， 如果一个redisObject 的type 属性为REDIS_LIST ， encoding 属性为
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST ，那么这个对象就是一个Redis 列表，它的值保存在一个双
端链表内，而ptr 指针就指向这个双端链表；
另一方面， 如果一个redisObject 的type 属性为REDIS_HASH ， encoding 属性为
REDIS_ENCODING_ZIPMAP ，那么这个对象就是一个Redis 哈希表，它的值保存在一个zipmap
里，而ptr 指针就指向这个zipmap ；诸如此类。
下图展示了redisObject 、Redis 所有数据类型、以及Redis 所有编码方式（底层实现）三者
之间的关系：
这个图展示了Redis 各种数据类型，以及它们的编码方式。
Note: REDIS_ENCODING_ZIPMAP 没有出现在图中，因为从Redis 2.6 开始，它不再是任何数
据类型的底层结构。
命令的类型检查和多态
有了redisObject 结构的存在，在执行处理数据类型的命令时，进行类型检查和对编码进行多
态操作就简单得多了。
当执行一个处理数据类型的命令时，Redis 执行以下步骤：
1. 根据给定key ，在数据库字典中查找和它像对应的redisObject ，如果没找到，就返回
NULL 。
2. 检查redisObject 的type 属性和执行命令所需的类型是否相符，如果不相符，返回类
型错误。
3. 根据redisObject 的encoding 属性所指定的编码，选择合适的操作函数来处理底层的
数据结构。
4. 返回数据结构的操作结果作为命令的返回值。
作为例子，以下展示了对键key 执行LPOP 命令的完整过程：
对象共享
有一些对象在Redis 中非常常见，比如命令的返回值OK 、ERROR 、WRONGTYPE 等字符，另外，
一些小范围的整数，比如个位、十位、百位的整数都非常常见。
为了利用这种常见情况，Redis 在内部使用了一个Flyweight 模式：通过预分配一些常见的值
对象，并在多个数据结构之间共享这些对象，程序避免了重复分配的麻烦，也节约了一些CPU
时间。
Redis 预分配的值对象有如下这些：
各种命令的返回值，比如执行成功时返回的OK ，执行错误时返回的ERROR ，类型错误时
返回的WRONGTYPE ，命令入队事务时返回的QUEUED ，等等。
包括0 在内， 小于redis.h/REDIS_SHARED_INTEGERS 的所有整数
（REDIS_SHARED_INTEGERS 的默认值为10000）
因为命令的回复值直接返回给客户端，所以它们的值无须进行共享；另一方面，如果某个命令
的输入值是一个小于REDIS_SHARED_INTEGERS 的整数对象，那么当这个对象要被保存进数据
库时，Redis 就会释放原来的值，并将值的指针指向共享对象。
作为例子，下图展示了三个列表，它们都带有指向共享对象数组中某个值对象的指针：
三个列表的值分别为：
列表A ：[20130101, 300, 10086] ，
列表B ：[81, 12345678910, 999] ，
列表C ：[100, 0, -25, 123] 。
Note: 共享对象只能被带指针的数据结构使用。
需要提醒的一点是，共享对象只能被字典和双端链表这类能带有指针的数据结构使用。
像整数集合和压缩列表这些只能保存字符串、整数等字面值的内存数据结构，就不能使用共享
对象。
引用计数以及对象的销毁
当将redisObject 用作数据库的键或者值，而不是用来储存参数时，对象的生命期是非常长
的，因为C 语言本身没有自动释放内存的相关机制，如果只依靠程序员的记忆来对对象进行追
踪和销毁，基本是不太可能的。
另一方面，正如前面提到的，一个共享对象可能被多个数据结构所引用，这时像是“这个对象被
引用了多少次？ ”之类的问题就会出现。
为了解决以上两个问题，Redis 的对象系统使用了引用计数技术来负责维持和销毁对象，它的
运作机制如下：
每个redisObject 结构都带有一个refcount 属性，指示这个对象被引用了多少次。
当新创建一个对象时，它的refcount 属性被设置为1 。
当对一个对象进行共享时，Redis 将这个对象的refcount 增一。
当使用完一个对象之后，或者取消对共享对象的引用之后，程序将对象的refcount 减
一。
当对象的refcount 降至0 时，这个redisObject 结构，以及它所引用的数据结构的内
存，都会被释放。
小结
Redis 使用自己实现的对象机制来实现类型判断、命令多态和基于引用计数的垃圾回收。
一种Redis 类型的键可以有多种底层实现。
Redis 会预分配一些常用的数据对象，并通过共享这些对象来减少内存占用，和避免频繁
地为小对象分配内存。