Redis核心原理之底层数据结构

Redis作为Key-Value存储系统，数据结构如下：

Redis没有表的概念，Redis实例所对应的db以编号区分，db本身就是key的命名空间。 

比如：user:1000作为key值，表示在user这个命名空间下id为1000的元素，类似于user表的id=1000的行。

RedisDB结构

• Redis中存在“数据库”的概念，该结构由redis.h中的redisDb定义。
• 当redis 服务器初始化时，会预先分配 16 个数据库
• 所有数据库保存到结构 redisServer 的一个成员 redisServer.db 数组中
• redisClient中存在一个名叫db的指针指向当前使用的数据库
• RedisDB结构体源码：

  typedef struct redisDb {
      int id; //id是数据库序号，为0-15（默认Redis有16个数据库）
      long avg_ttl; //存储的数据库对象的平均ttl（time to live），用于统计
      dict *dict; //存储数据库所有的key-value
      dict *expires; //存储key的过期时间
      dict *blocking_keys;//blpop 存储阻塞key和客户端对象
      dict *ready_keys;//阻塞后push 响应阻塞客户端 存储阻塞后push的key和客户端对象
      dict *watched_keys;//存储watch监控的的key和客户端对象
  } redisDb;

RedisObject结构

Value是一个对象，包含字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象和有序集合对象

1、结构信息概览

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;//类型 对象类型
    unsigned encoding:4;//编码
    void *ptr;//指向底层实现数据结构的指针
    //...
    int refcount;//引用计数
    //...
    unsigned lru:LRU_BITS; //LRU_BITS为24bit 记录最后一次被命令程序访问的时间
    //...
}robj;

1.1、4位type

• type 字段表示对象的类型，占 4 位；
• REDIS_STRING(字符串)、REDIS_LIST (列表)、REDIS_HASH(哈希)、REDIS_SET(集合)、REDIS_ZSET(有序集合)。
• 当我们执行 type 命令时，便是通过读取 RedisObject 的 type 字段获得对象的类型

  127.0.0.1:6379> type a1
  string

1.2、4位encoding

• encoding 表示对象的内部编码，占 4 位
• 每个对象有不同的实现编码
• Redis 可以根据不同的使用场景来为对象设置不同的编码，大大提高了 Redis 的灵活性和效率。
• 通过 object encoding 命令，可以查看对象采用的编码方式

  127.0.0.1:6379> object encoding a1
  "int"

1.3、24位LRU

• lru 记录的是对象最后一次被命令程序访问的时间，（ 4.0 版本占 24 位，2.6 版本占 22 位）。
• 高16位存储一个分钟数级别的时间戳，低8位存储访问计数（lfu ： 最近访问次数）
• lru----> 高16位: 最后被访问的时间
• lfu----->低8位：最近访问次数

1.4、refcount

• refcount 记录的是该对象被引用的次数，类型为整型。
• refcount 的作用，主要在于对象的引用计数和内存回收。
• 当对象的refcount>1时，称为共享对象
• Redis 为了节省内存，当有一些对象重复出现时，新的程序不会创建新的对象，而是仍然使用原来的对象。

1.5、ptr

ptr 指针指向具体的数据，比如：set hello world，ptr 指向包含字符串 world 的 SDS。

2、7种type

2.1、字符串对象

• C语言： 字符数组 "\0"
• Redis 使用了 SDS(Simple Dynamic String)。用于存储字符串和整型数据。

struct sdshdr{
    //记录buf数组中已使用字节的数量
    int len;
    //记录 buf 数组中未使用字节的数量
    int free;
    //字符数组，用于保存字符串
    char buf[];
}

buf[] 的长度=len+free+1 

SDS的优势：

• SDS 在 C 字符串的基础上加入了 free 和 len 字段，获取字符串长度：SDS 是 O(1)，C 字符串是O(n)。
• SDS 由于记录了长度，在可能造成缓冲区溢出时会自动重新分配内存，杜绝了缓冲区溢出。
• 可以存取二进制数据，以字符串长度len来作为结束标识

C： \0 空字符串 二进制数据包括空字符串，所以没有办法存取二进制数据
SDS ：

• 非二进制 \0
• 二进制： 字符串长度 可以存二进制数据

使用场景：