Redis（7） —— Redis 中的五大对象

Redis 中存在五种底层的数据结构：简单动态字符串（SDS)、双端链表、字段、压缩列表、整数集合
Redis 中由五种基本对象：字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象
Redis 中的基本对象的回收基于引用计数法

1. 对象的类型和编码

Redis 中的对象都是由 RedisObject 结构表示，该结构保存着三个属性：type 属性、encoding 属性 和 ptr 属性

typedef struct RedisObject{
    //类型
    unsigned type:4;
    
    //编码
    unsigned encoding:4;
    
    //指向底层数据结构的指针
    void *ptr;
}

通过 TYPE 命令，可以查看 Reids 的值对象类型（五种对象中的一种）

通过 OBJECT ENCODING 命令可以查看数据库键的值对象的编码（key-value 中 value 的编码，而编码决定底层数据结构的种类）

对象的五种基本类型:

类型常量	对象的名称	TYPE 命令的输出
REDIS_STRING	字符串对象	“string”
REDIS_LIST	列表对象	“list”
REDIS_HASH	哈希对象	“hash”
REDIS_SET	集合对象	“set”
REDIS_ZEST	有序集合对象	“zset”

不同类型和编码的对象:

编码和底层实现（encoding 属性和 ptr 指针）:

使用 OBJECT ENCODING 命令可以查看一个数据库键的值对象的编码，而这个编码决定了 ptr 指针指向的底层数据结构，也就是说 encoding 属性决定了 Redis 对象底层使用的数据结构。


通过 encoding 属性来决定对象的编码，而不是为 Redis 的对象指定一个底层实现，这样可以在不同的情形下使用不同的底层结构，这样提升了 Reids 的灵活性和效率。

2. 字符串对象以及其三种底层实现

字符串对象的编码可以是 int、raw、embstr

***int：***

如果一个字符串对象保存的是整数值，而且这个整数值可以用 long 表示，那么字符串对象会将整数值保存在 ptr 属性里面（将 void * 转换成 long），并且将 encoding 属性设置为 “int”;

redis> SET number 10086
OK

redis> OBJECT ENCODING number
"int"

raw:

如果一个字符串对象保存的是一个长度大于 39 字节的字符串值， 那么字符串对象将使用一个简单动态字符串（SDS）来保存这个字符串，并且将 encoding 属性设置为 raw。

redis> SET story "long long long long·······"
OK

redis> OBJECT ENCODING story
"raw"

embstr:

如果一个字符串对象保存的是一个长度小于等于 39 字节的字符串值，那么字符串对象会将 encoding 属性设置为 embstr。

redis> SET msg "hello"
OK

redis> OBJECT ENCODING msg
"embstr"

embstr 也是使用 SDS 来作为底层实现，不过在这上面做了一些优化：

分配一块连续的内存来保存 RedisObject 对象和 SDS 对象（RedisObject 对象和 SDS 对象的地址空间连在一起, 而且 embstr 类型的对象也连在一起）

这样做的好处：

在分配内存和回收内存的时候 embstr 只需要做一次内存的内配和回收，而 raw 需要做两次

所有的 embstr 对象都连在一起，所以这样能更好利用缓存来带来优势。

3. 列表对象及其两种实现

列表对象的编码可以是 ziplist 或者 linkedlist。

ziplist:

ziplist 编码的列表对象使用压缩列表作为底层实现，每个压缩列表的节点（entry）保存了一个列表元素。

使用条件：

• 列表对象保存的所有字符元素的长度都小于 64 字节
• 列表对象保存的元素小于等于 512 个

redis> RPUSH blah "hello" "world" "again"
OK

redis> OBJECT ENCODING blah
"ziplist"

linkedlist:
linkedlist 编码的列表使用双端链表作为底层实现，每个双端链表节点（node）都保存了一个字符串对象，而每个字符串对象都保存了一个列表元素。

使用条件：

• 列表对象保存的字符中至少有一个长度大于等于 64 字节
• 或者列表对象的元素大于 512 个

redis> RPUSH blah "hello" "world" "again"
(integer) 3

redis> OBJECT ENCODING blah
"ziplist"

# 将一个 65 字节的元素推入列表对象中
redis> RPUSH blah "wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww"
(integer) 4

# 编码已改变
redis> OBJECT ENCODING blah
"linkedlist"

4. 哈希对象及其两种实现

哈希对象编码可以是 ziplist 或者 hashtable

ziplist:

ziplist 编码的哈希对象会使用压缩列表作为底层实现，每当有新值对要加入到哈希对象时，程序会先将保存了键的压缩列表节点推入到压缩列表表尾，然后再将保存了值的压缩列表节点推入到压缩列表表尾

所以可以得到用 ziplist 作为哈希表实现的两个性质：

• 保存了同一对键值的两个节点总是连在一起，键在前，值在后
• 先加入压缩列表的键值对在靠近压缩列表的表头方向，后加入的靠近压缩列表的表尾方向

使用条件:

• 哈希对象保存的所有键值对的键和值的字符串长度都小于 64 字节
• 哈希对象保存的键值对数量小于 512 字节；

不能满足上述两个条件的将哈希对象将使用 hashtable 编码

redis> HSET book name "Mastering C++ in 21 days"
(integer) 1

redis> OBJECT ENCODING book
"ziplist"

# 像哈希对象添加一个新的键值对，键的长度为 66 字节
redis> HSET book long_long_long_long_long_long_long_long_long_long_long_description "content"
(integer) 1

# 编码已经改变
redis> OBJECT ENCODING book
"hashtable"

hashtable:

hashtable 编码的哈希对象使用字典作为底层实现，哈希对象中的每个键值对都使用一个哈希键值来保存:

• 字典的每一个键都是一个字符串对象，对象中保存了键值对的键
• 字典的每一个值都是一个字符串对象，对象中保存了键值对的值

5. 集合对象及其两种实现

集合对象的编码可以使 intset 或者 hashtable

intset:

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里面

使用条件：

• 集合对象保存的所有元素都是整数值
• 集合对象保存的元素数量不超过 512 个

当不能满足上述两个条件的时候将使用 hashtable 编码

redis> SADD numbers 1 3 5
(integer) 3

redis> OBJECT ENCODING numbers
"intset"

redis> SADD numbers "seven"
(integer) 1

redis> OBJECT ENCODING numbers
"hashtable"

hashtable:

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，每个字符串对象包含了一个集合元素，而字典的值则全部被设置为 NULL

6. 有序集合对象及其两种实现

有序集合的编码可以是 ziplist 或者 skiplist

ziplist:

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，第一个节点保存成员（member）第二个节点保存元素的分值（score）


压缩列表内的集合元素按照分值从小到大进行排序，分值小的元素放置在靠近表头位置，分值大的元素放置在靠近表尾的位置。

使用条件：

• 有序集合保存的所有元素成员的长度都小于 64 字节
• 有序集合保存的元素数量小于 128 个

不满足上述两个条件则使用 skiplist 编码

redis> ZADD blah 1.0 www
(integer) 1

redis> OBJECT ENCODING blah
"ziplist"

# 向有序集合添加一个成员为 66 字节长的元素
redis> ZADD blash 2.0 oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
(integer) 1

# 编码已改变
redis> OBJECT ENCODING blah
"skiplist"

skiplist:

skiplist 编码的有序集合对象使用 zset 结构作为底层实现，一个 zset 结构同事包含一个字典和一个跳跃表

字典用于存储对象到分值之间的映射。


跳跃表则按分值从大到小保存了所有集合元素，每个跳跃表节点都保存了一个元素

typedef struct zset{
    zskiplist *zsl;
    dict *dict;
}zset;

参考资料

[1].《Redis 设计与实现》