Redis学习笔记：数据结构

Redis的对象

Redis对象包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象这五种类型的对象，针对不同的使用场景，为对象设置多种不同的数据结构实现，从而优化对象在不同场景下的使用效率。

除此之外，Redis的对象系统还实现了基于引用计数技术的内存回收机制，当程序不再使用某个对象的时候，这个对象所占用的内存就会被自动释放；另外，Redis还通过引用计数技术实现了对象共享机制，这一机制可以在适当的条件下，通过让多个数据库键共享同一个对象来节约内存。

实现

Redis中的每个对象都由一个redisObject结构表示，该结构中和保存数据有关的三个属性分别是type属性、encoding属性和ptr属性：

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;
    //  ...
} robj;

type：对象的type属性记录了对象的类型，对于Redis数据库保存的键值对来说，键总是一个字符串对象，而值则可以是字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象或者有序集合对象的其中一种。

encoding：通过encoding属性来设定对象所使用的编码，而不是为特定类型的对象关联一种固定的编码，极大地提升了Redis的灵活性和效率，因为Redis可以根据不同的使用场景来为一个对象设置不同的编码，从而优化对象在某一场景下的效率。

ptr：对象的ptr指针指向对象的底层实现数据结构，而这些数据结构由对象的encoding属性决定。encoding属性记录了对象所使用的编码，也即是说这个对象使用了什么数据结构作为对象的底层实现。

以下是Redis对象不同编码时对应的数据结构，以及使用的场景：

embstr编码是专门用于保存短字符串的一种优化编码方式，这种编码和raw编码一样，都使用redisObject结构和sdshdr结构来表示字符串对象，但raw编码会调用两次内存分配函数来分别创建redisObject结构和sdshdr结构，而embstr编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间。由于内存中找到一块小的连续空间更容易，所有embstr编码更适合保存短字符串。embstr编码的优势是字符串对象的创建或清理时，内存分配或释放函数只需调用一次，而且连续的内存空间能够更好地利用缓存带来的优势。

可以通过TYPE命令查看键对应的值对象的类型，OBJECT ENCODING命令查看值对象的编码。

编码转换

随着对象增删改的操作的进行，当对象满足编码转换的条件时，Redis会进行编码转换，修改底层的数据结构，以适应新的环境，一般这种转换只会由优化类型转换为通用类型，而不会反过来，比如：int或embstr转换为raw，ziplist转换为linkedlist等。编码转换的条件可以通过参数修改。

内存回收

因为C语言并不具备自动内存回收功能，所以Redis在自己的对象系统中构建了一个引用计数技术实现的内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟踪对象的引用计数信息，在适当的时候自动释放对象并进行内存回收。

对象共享

对象的引用计数属性还带有对象共享的作用。Redis会在初始化服务器时，创建值为0到9999的字符串对象，当需要用到这些对象时，会将对将被共享的值对象的引用计数加一，而不是新创建对象。Redis只会共享整数字符串对象，因为判断其它对象是否相等的成本更高。

对象的空转时长

对象的空转时长是指对象有多久没被访问，对象会记录自己的最后一次被访问的时间，这个时间可以用于计算对象的空转时间。服务器内存不足时空转时间较长的对像会被优先释放。

参考

《Redis设计与实现》