Redis string底层原理 redis string 底层

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charlesc 2023-06-21 22:27:02

文章标签 Redis string底层原理数据字符串编码格式 文章分类 Redis 数据库

一、redisObject

在redis中基本的结构对象我们称之为RedisObject，其源码如下：

typedef struct redisObject {
unsigned type:4;
unsigned encoding:4;
unsigned lru:LRU_BITS;
int refcount;
void *ptr;
} robj;

其中：

type:表示值的数据类型。
encoding：值的编码方式，就是其底层的数据结构实现。
lru：记录了对象最后一次被访问的时间，用于淘汰过期的键值对。
refcount：记录了对象的引用计数。
*ptr：指向数据的指针

二、String的动态字符串

在redis底层中对，string的表示主要有三种结构，分别是int编码格式；embstr编码格式；raw编码格式。

当长度小于20，并且是数值类型时，其底层就是用long来进行数据存储；这样做的好处就是可以减少空间占用，使用long的话最多也就占8个字节，使用char类型的话，会占用更多的内存空间。
当存储是字符串的数据时，并且字符串的长度小于等于44字节时，以及长度大于22时，RedisObject和SDS会被分配到同一块内存空间，这样可以避免内存碎片化的问题，这种方式称为embstr编码方式。
当存储是字符串的数据时，并且字符串的长度大于44字节时，那么RedisObject和SDS不会被分配在同一片内存空间，这种方式称为raw编码方式

Redis string底层原理 redis string 底层_Redis string底层原理

其中SDS即Simple Dynamic String，其构造如下图所示：

Redis string底层原理 redis string 底层_Redis string底层原理_02

其中：

len：占用4个字节，表示buf的已用长度
alloc：占用4个字节，表示buf实际分配的长度
buf：字节数组，保存实际的数据，为了表示字节数组的结束，redis默认在最后加一个"\0"多占用1个字节。

三、List

List数据结构：其底层的数据结构实现是双向链表 + 压缩链表（ziplist），通过将每个压缩表用双向链表的方式连接起来，来节省内存空间。

ziplist是一个经过特殊编码的双向链表，它的设计目标就是为了提高存储效率，节省内存空间。ziplist可以用于存储字符串或整数，其中整数是按真正的二进制表示进行编码的，而不是编码成字符串序列。它能以O（1）的时间复杂度在表的两端提供push和pop操作。

Redis string底层原理 redis string 底层_数据_03

其中：

zlbytes：表示列表长度
zltail：表示列表尾的偏移量
zllen：表示列表中entry的数量
zlend：用255来表示结束符

每个entry的结构如下：

prev_len：表示前一个entry的长度；有两种表示方式

1字节——取1字节表示前一个entry的长度小于254个字节
5字节——其它长度时，取5字节

encoding：表示编码方式，占用1字节
len：表示自身长度，占4字节
content:保存的实际数据

四、hash

Hash：其底层结构主要有两种方式来实现：hash表（dict）和ziplist，其默认实现是ziplist。

hash结构如下图所示：

Redis string底层原理 redis string 底层_数据_04

并且在redis是存在两个hash表（hash1、hash2），一开始数据量不大的时候，我们的数据都会存放在hash1表中，当我们的key的数量在不断增加的时候，触发我们的rehash过程，这个时候hash2的结构是hash1的2倍，那么这个rehash的过程其实就是每一次操作过程中进行的，每次一个请求，都会讲一个哈希桶的数据放在hash2中，这样可以将操作分散在每个操作中，不会出现系统突然的卡顿现象。其流程如下：

rehash的过程：