【JavaP6大纲】Redis篇：数据类型的底层数据结构sds？

数据类型的底层数据结构sds？

每次在Redis数据库中创建一个键值对时，至少会创建两个对象，一个是键对象，一个是值对象，而Redis中的每个对象都是由 redisObject对象，对象的属性有type类型，encoding编码，*ptr指向底层数据结构的指针，refcount引用计数，lru记录最后一次被程序访问的时间

对象的type属性记录了对象的类型，就是前面讲的五大数据类型，在Redis中，键总是一个字符串对象，而值可以是字符串、列表、集合等对象。对象的 prt 指针指向对象底层的数据结构，而数据结构由 encoding 属性来决定，refcount引用计数用作内存回收机制：创建一个新对象，属性 refcount 初始化为1，对象被一个新程序使用，属性 refcount 加 1，对象不再被一个程序使用，属性 refcount 减 1，当对象的引用计数值变为 0 时，对象所占用的内存就会被释放。

字符串是Redis最基本的数据类型，不仅所有key都是字符串类型，字符串的长度不能超过512M。

①、编码：字符串对象的编码可以是int，raw或者embstr。int 编码是用来保存整数值，raw编码是用来保存长度大于44字节长字符串，而embstr是用来保存长度小于44字节短字符串。其实 embstr 编码是专门用来保存短字符串的一种优化编码，embstr与raw都使用redisObject和sds保存数据，区别在于，embstr的使用只分配一次内存空间（因此redisObject和sds是连续的），而raw需要分配两次内存空间（分别为redisObject和sds分配空间）。因此与raw相比，embstr的好处在于创建时少分配一次空间，删除时少释放一次空间，以及对象的所有数据连在一起，寻找方便。而embstr的坏处也很明显，如果字符串的长度增加需要重新分配内存时，整个redisObject和sds都需要重新分配空间，因此redis中的embstr实现为只读。说明：Redis中对于浮点数类型也是作为字符串保存的，在需要的时候再将其转换成浮点数类型。

②、编码的转换：当 int 编码保存的值不再是整数，或大小超过了long的范围时，自动转化为raw。对于 embstr 编码，由于 Redis 没有对其编写任何的修改程序（embstr 是只读的），在对embstr对象进行修改时，都会先转化为raw再进行修改，因此，只要是修改embstr对象，修改后的对象一定是raw的，无论是否达到了44个字节。

list 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边），它的底层实际上是个链表结构。

①、编码：列表对象的编码可以是 ziplist(压缩列表) 和 linkedlist(双端链表)。

②、编码转换：当同时满足列表保存元素个数小于512个，每个元素长度小于64字节条件时，使用ziplist（压缩列表）编码，不能满足这两个条件的时候使用 linkedlist 编码。这两个条件可以在redis.conf 配置文件中的 list-max-ziplist-value选项和 list-max-ziplist-entries 选项进行配置。

哈希对象 哈希对象的键是一个字符串类型，值是一个键值对集合。

①、编码：哈希对象的编码可以是 ziplist 或者 hashtable。当使用ziplist，也就是压缩列表作为底层实现时，新增的键值对是保存到压缩列表的表尾。hashtable 编码的哈希表对象底层使用字典数据结构，哈希对象中的每个键值对都使用一个字典键值对。

说明：压缩列表是Redis为了节省内存而开发的，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型数据结构，相对于字典数据结构，压缩列表用于元素个数少、元素长度小的场景。其优势在于集中存储，节省空间。

②、编码转换：当同时满足列表保存元素个数小于512个，每个元素长度小于64字节条件时，使用ziplist（压缩列表）编码，不能满足这两个条件的时候使用 hashtable 编码。这两个条件可以在redis.conf 配置文件中的 set-max-intset-entries 选项进行配置。

集合对象 集合对象 set 是 string 类型（整数也会转换成string类型进行存储）的无序集合。注意集合和列表的区别：集合中的元素是无序的，因此不能通过索引来操作元素；集合中的元素不能有重复。

①、编码：集合对象的编码可以是 intset 或者 hashtable。intset 编码的集合对象使用整数集合作为底层实现，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合中。hashtable 编码的集合对象使用字典作为底层实现，字典的每个键都是一个字符串对象，这里的每个字符串对象就是一个集合中的元素，而字典的值则全部设置为 null。这里可以类比Java集合中HashSet 集合的实现，HashSet 集合是由 HashMap 来实现的，集合中的元素就是 HashMap 的key，而 HashMap 的值都设为 null。

②、编码转换：集合对象中所有元素都是整数，集合对象所有元素数量不超过512，不能满足这两个条件的就使用 hashtable 编码。第二个条件可以通过配置文件的 set-max-intset-entries 进行配置。

有序集合 有序集合为每个元素设置一个分数（score）作为排序依据。

①、编码：有序集合的编码可以是 ziplist 或者 skiplist。ziplist 编码的有序集合对象使用压缩列表作为底层实现，每个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩列表节点来保存，第一个节点保存元素的成员，第二个节点保存元素的分值。并且压缩列表内的集合元素按分值从小到大的顺序进行排列，小的放置在靠近表头的位置，大的放置在靠近表尾的位置。skiplist 编码的有序集合对象使用 zet 结构作为底层实现，一个 zset 结构同时包含一个字典和一个跳跃表。字典的键保存元素的值，字典的值则保存元素的分值；跳跃表节点的 object 属性保存元素的成员，跳跃表节点的 score 属性保存元素的分值。这两种数据结构会通过指针来共享相同元素的成员和分值，所以不会产生重复成员和分值，造成内存的浪费。

说明：其实有序集合单独使用字典或跳跃表其中一种数据结构都可以实现，但是这里使用两种数据结构组合起来，原因是假如我们单独使用 字典，虽然能以 O(1) 的时间复杂度查找成员的分值，但是因为字典是以无序的方式来保存集合元素，所以每次进行范围操作的时候都要进行排序；假如我们单独使用跳跃表来实现，虽然能执行范围操作，但是查找操作有 O(1)的复杂度变为了O(logN)。因此Redis使用了两种数据结构来共同实现有序集合。

②、编码转换：有序集合对象同时满足保存的元素数量小于128，保存的所有元素长度都小于64字节时，对象使用 ziplist 编码，不能满足两个条件的使用 skiplist 编码。两个条件通过Redis配置文件zset-max-ziplist-entries 选项和 zset-max-ziplist-value 进行修改。