1. Redis揭秘 - Redis字符串是如何实现的

若只如如初见-Redis字符串

String 数据结构是简单的 key-value 类型，value 不仅可以是 String，也可以是数字（当数字类型用 Long 可以表示的时候encoding 就是整型，其他都存储在 sdshdr 当做字符串）。
使用 Strings 类型，可以完全实现目前 Memcached 的功能，并且效率更高。
还可以享受 Redis 的定时持久化（可以选择 RDB 模式或者 AOF 模式），操作日志及 Replication 等功能。除了提供与 Memcached 一样的 get、set、incr、decr 等操作外，Redis 还提供了下面一些操作：

1. LEN niushuai：O(1)获取字符串长度
2. APPEND niushuai redis：往字符串 append 内容，而且采用智能分配内存（每次2倍）
3. 设置和获取字符串的某一段内容
4. 设置及获取字符串的某一位（bit）
5. 批量设置一系列字符串的内容
6. 原子计数器
7. GETSET 命令的妙用，请于清空旧值的同时设置一个新值，配合原子计数器使用
8. …

string使用场景一般是存储简单的键值类型。比如用户信息，登录信息，配置信息等。
还有一种用得比较多的是string的incr/decr操作，即自减/自增操作。调用它是原子性的，无论调用多少次，都一一计算成功。例如需要增减库存的操作。
尽管string的value可以存储很大，甚至500多MB的容量。但是在性能上来说，我们尽量存储value的值不要过1MB。

千呼万唤始出来-Redis中的字符串数据结构

SDS结构

redis中的字符串是可以修改的字符串，又叫SDS。Simple Dynamic String。在内存中底层是一个带有长度信息的数组。
Redis规定字符串的长度不得超过512MB。创建字符串时，len和capacity一样长，不多分配冗余空间。因为绝大部分场景，都不使用append操作来动态修改字符串。

struct SDS<T> {
    T capacity; // 数组分配的空间 1byte
    T len;   // 字符串实际的长度 1byte
    byte flags; // 标志 1byte
    byte[] content; // 数组内容
}

不同的存储方式

长度 <= 44 byte，使用embstr形式存储。
长度 > 44 byte，使用raw方式存储。

Redis的对象头结构

struct RedisObject {
    int4 type;     // 4 bits
    int4 encoding;  // 4 bits
    int24 lru;      // 24 bits
    int32 refcount;  // 4 bytes
    void *ptr;       // 8 bytes,64位系统
}

embstr的存储方式，是将RedisObject对象头结构与SDS对象连续存储在一起，使用malloc方法一次分配。而raw则需要使用两次malloc分配内存，两个对象头在内存地址上一般是不连续的。
如果字符串的整体大小超过64字节，那么Redis认为这是一个大字符串，使用raw存储。

Redis的字符串扩容策略

字Redis的字符串长度在小于1MB之前，扩容采用加倍策略。
当字符串长度超过1MB之后，避免加倍后的冗余空间过大导致浪费，每次扩容申请1MB大小的冗余空间。

疑难杂症

Redis的embstr与raw存储形式为何划分界限是44个字节?

字符串整体超过64字节。redis就认为是一个大字符串。不再适合使用emdstr存储。使用raw存储。
由于Redis对象头 + SDS 结构头 + 字符串结尾符NULL 恰好是20bytes。64-20 = 40 bytes。

SDS结构体为何使用泛型?

当字符串比较短的时候，len和capacity可以使用byte与short表示。Redis为了对内存的极致优化，
不同长度的字符串，使用不同的结构体表示。

什么情况下，Redis的字符串需要使用append操作？

首先我们来看下Redis的Append命令。Redis Append 命令用于为指定的 key 追加值。
如果 key 已经存在并且是一个字符串， APPEND 命令将 value 追加到 key 原来的值的末尾。
如果 key 不存在， APPEND 就简单地将给定 key 设为 value ，就像执行 SET key value 一样。
场景模式：节拍序列(Time series)
APPEND 命令可以用来连接一系列固定长度的样例,与使用列表相比这样更加紧凑. 通常会用来记录节拍序列. 每收到一个新的节拍样例就可以这样记录:
APPEND timeseries “fixed-size sample”
在节拍序列里, 可以很容易地访问序列中的每个元素:
STRLEN 可以用来计算样例个数.
GETRANGE 允许随机访问序列中的各个元素. 如果序列中有明确的节拍信息, 在Redis 2.6中就可以使用GETRANGE配合Lua脚本来实现一个二分查找算法.
SETRANGE 可以用来覆写已有的节拍序列.
该模式的局限在于只能做追加操作. Redis目前缺少剪裁字符串的命令, 所以无法方便地把序列剪裁成指定的尺寸. 但是, 节拍序列在空间占用上效率极好.

使用定长字符串进行温度采样的例子(在实际使用时,采用二进制格式会更好).
redis> APPEND ts “0043”
(integer) 4
redis> APPEND ts “0035”
(integer) 8
redis> GETRANGE ts 0 3
“0043”
redis> GETRANGE ts 4 7
“0035”

参考链接

• https://www.redis.net.cn/order/3558.html
• 《Redis深度历险》