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Redis字符串底层结构对数值型的支持常用数据结构和使用场景

article 2025/1/6 4:33:52

字符串底层结构

SDS (Simple Dynamic Strings) 是 Redis 中用于实现字符串类型的一种数据结构。SDS 的设计目标是提供高效、灵活的字符串操作，同时避免传统 C 字符串的一些缺点。

struct sdshdr {
    int len;    // 已使用的长度
    int free;   // 未使用的长度
    char buf[]; // 字符数组
};

当 SDS（Simple Dynamic Strings）空间不足时，会进行内存扩展，以确保字符串操作可以顺利进行。SDS 采用了一些机制来高效地处理内存扩展，减少频繁的内存分配操作。

内存扩展机制

预分配策略：
- 当需要扩展 SDS 时，SDS 不仅仅分配所需的空间，还会额外分配一些空间，以减少未来的扩展次数。
- 具体策略如下：
  - 如果 len 小于 1MB，则分配两倍于当前长度的空间。
  - 如果 len 大于等于 1MB，则分配当前长度加 1MB 的空间。
空间扩展过程：
- 当 SDS 检测到空间不足时，会根据预分配策略计算新的分配大小。
- 分配新的内存，并将现有数据复制到新的内存区域中。
- 更新 len 和 free 字段，并将新数据追加到 buf 中。

在 Redis 中，虽然没有专门的整数类型，但它通过 SDS（Simple Dynamic Strings）数据结构对整数存储进行了优化(整数编码)。这些优化主要体现在减少内存占用和提高操作效率上。

整数内嵌编码：当一个字符串可以表示为整数时，Redis 会使用整数内嵌编码来存储。这样可以减少内存消耗，因为整数编码比字符串编码更紧凑。

整数操作优化：

Redis 提供了一些针对整数操作的原子性命令，例如 INCR、DECR、INCRBY 和 DECRBY。这些命令在内部会直接操作整数值，而不是将其转换成字符串进行操作。

字符串 (String)	最基本的数据类型，单个键最大可以存储 512MB 的数据	缓存简单的键值对，如用户信息、计数器等
哈希 (Hash)	键值对集合，适合存储对象	存储用户配置、会话信息、商品信息等
列表 (List)	有序的字符串列表，可以从两端插入和弹出元素	消息队列、任务列表、时间线等
集合 (Set)	无序的字符串集合，集合内元素唯一	标签、共同好友、去重操作等
有序集合 (Sorted Set)	类似于集合，但每个元素关联一个分数，按分数排序	排行榜、带权重的队列、延时任务等
位图 (Bitmap)	可以对字符串进行位操作，用于高效地存储和处理位信息	用户签到、在线状态、布隆过滤器等
HyperLogLog	基数估计算法，适合用于估算集合的基数（唯一元素的数量），但不存储具体元素	统计 UV（独立访客数）、去重统计等
地理位置 (Geo)	基于有序集合实现的地理位置数据结构，提供位置存储和查询功能	地理位置服务、附近的人或地点搜索等
流 (Stream)	日志数据类型，支持高效的追加和消费操作	实时日志、消息流处理、事件存储等