八股文之Redis篇

前言

Redis的应用场景有很多，比如缓存、分布式锁、消息队列、延迟队列、排行榜，每一个场景都会有对应的问题和成熟的解决方案，都需要进行了解，特别要结合自身的项目进行侧重。下面会列出多种面试会问到的点，以及一些解决方案。

Redis底层中的数据结构

• SDS（Simple Dynamic String）：简单动态字符串，代替了C语言的中的char *定义的字符串，因为其有很多问题，比如：内存分配带来的开销、安全性问题（C 语言的字符串没有保存字符串的长度信息，容易导致缓冲区溢出和越界访问等安全问题）、复杂的字符串操作问题，所以SDS的优点有如下：O(1) 时间获取字符串的长度、支持动态扩容、使用预分配来减少内存分配次数、拥有二进制安全（涉及到二进制字符、字符串长度信息、越界访问等等）。
• IntSet：IntSet是Redis中Set集合的一种实现方式，基于整数数组来实现，具备长度可变、有序等特性，Redis会确保intSet中的元素唯一、有序，具备类型升级机制、可以节省内存空间、底层采用二分查找的方式来查询，数据量不多的情况下使用最佳。
• Dict（dictionary）：实现键与值的映射关系的数据结构，包括Dict + dictHashTable + dictEntry，渐进式rehash
• ZipList：是一种特殊的双端链表，由一系列特殊编码的连续内存块组成，可以在任意一段进行插入和弹出操作，并且读取操作的时间复杂度是O(1)，节省内存，但是必须是连续空间，一旦内存占用多，则申请内存得效率很低
• QuickList：Redis3.2引入的，是一个双端链表，只不过链表中得每一个节点都是ZipList
• SkipList：是一个双向链表，元素按照升序排列存储，节点包含多个指针，指针的跨度不同，最多32层，实现相比红黑树更加简单，层数越大，跨度越大，crud效率和红黑树基本一致
• RedisObject：Redis中的任意数据类型的键和值都会被封装成一个RedisObject

Redis中的编码方式

Redis数据类型对应的编码方式

String：编码方式RAW编码，基于SDS实现，存储上限为512mb，如果SDS长度小于44字节，则会采用EMBSTR编码，如果存储的字符串是整数值，并且大小在LONG_MAX范围内，则会采用INT编码：直接将数据保存在RedisObject的ptr指针位置（刚好8字节）
List：3.2版本之前，Redis采用ZipList和LinkedList来实现List，当元素数量小于512并且元素大小小于64字节时采用ZipList，超过则采用LinkedList编码实现。在3.2版本之后，Redis统一采用QuickList实现List
Set：采用HT编码（Dict）。Dict中的key用来存储元素，value统一为null（和Java中的HashMap与HashSet类型），当存储的所有数据都是整数，并且数量不超过set-max-intset-entries时，set会采用IntSet编码，以节省内存
ZSet：也就是sorted set，其中每一个元素都需要指定一个score和member值，需要根据score值排序，member必须唯一，可以根据member查询分数，能够总结出三个点：键值存储、键必须唯一、可排序，自然用到的编码方式就有：SkipList（可以排序，并且可以同时存储score和member值）、HT（Dict）：可以键值存储、并且可以根据 key 找 value，优化点：当元素数量不多时，HT和SkipList的优势不明显，而且更消耗内存，因此zset还会采用ZipList接口来节省内存，不过需要同时满足两个条件：1.元素数量小于zset_max_ziplist_entries（默认128），2.每个元素都小于zset_max_ziplist_value字节（默认64）。ZipList本身没有排序功能，没有键值对的概念，因此需要由zset通过编码实现：ziplist是连续内存，而且score和element是紧挨在一起的entry，element在前，score在后，score越小越接近队首，越大越接近队尾，按照score值升序排列，这种方式只是为了节省内存，查询效率并不提升，这是兼顾内存节省和查询性能的表现。
Hash：Hash底层采用的编码和Zse基本一致，只需要把排序有关的SkipList去掉即可，Hash结构默认采用ZipList编码，以节省内存，ZipList中相邻的两个entry分别保存field和value，当数