《Redis 设计与实现》读书笔记-Redis 对象

一、Redis 对象

1.1 Redis 对象简介

Redis 使用对象来表示数据库中键和值，当我们在数据库中存储一个键值对时，至少会创建两个对象，一个对象用于存储键值对的键，另一个对象用于存储键值对的值。

Redis 中的每一个对象都由一个 redisObject 结构表示，该结构有三个属性和保存的数据有关，分别是 type 属性、encoding 属性和 ptr 属性。

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

1.2 对象类型

redisObject 对象的 type 属性记录了对象的类型，Redis 中的键总是一个字符串对象，值对象可以是字符串对象、哈希对象、集合对象等。

我们可以通过使用 TYPE key 命令查看数据库键对应的值对象的类型。

1.3 编码与底层实现

encoding 属性记录了对象所使用的编码，也就是这个对象底层实现的数据结构。关于编码可以使用 OBJECT ENCODING key 命令查看。

二、五种数据类型对象与编码

2.1 字符串对象

要注意的是 long、double 浮点数在 Redis 中也是作为字符串值来保存的。

（1）字符串对象编码

字符串对象的编码有 int 、 raw 或者 embstr 三种。

int：保存的是整数值
raw：保存的是字符串，并且字符串的长度小于等于 39 个字节
embstr：保存的是字符串，并且字符串的长度大于等于 39 个字节

embstr 编码的好处：

embstr 编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从 raw 编码的两次降低为一次。
释放 embstr 编码的字符串对象只需要调用一次内存释放函数，而释放 raw 编码的字符串对象需要调用两次内存释放函数。
因为 embstr 编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面，所以这种编码的字符串对象比起 raw 编码的字符串对象能够更好地利用缓存带来的优势。

（2）编码转换

int 编码的字符串对象和 embstr 编码的字符串对象在一定条件下，会被转换为 raw 编码的字符串对象，如下。

int 编码的字符串对象通过某些操作，保存的不再是单纯的整数值
对 embstr 编码的字符串对象执行任何修改命令时，程序会先将对象的编码从 embstr 转换成 raw ，然后再执行修改命令

下面是一个例子,供参考：

127.0.0.1:6379> SET num-str 100
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING num-str
"int"
# 追加元素内容
127.0.0.1:6379> APPEND num-str "hei~"
(integer) 7
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING  num-str
"raw"

2.2 列表对象

（1）列表对象编码

Redis 3.2 以前的版本中列表的的编码类型有 ziplist 或 linkedlist。

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

linkedlist 编码的列表对象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。

在 Redis 3.2 以上的版本中列表对象的编码替换为 quicklist，它的底层实现是一个双向链表，而且是一个ziplist 数据结构的双向链表。关于这种数据结构的详细信息就不介绍了，以后有机会接触到 Redis 的源码后再单独拿出来总结。

例子如下（基于 3.2.× 版本）：

127.0.0.1:6379> RPUSH students "zs" "ls" "ww"
(integer) 3
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING students
"quicklist"

2.3 哈希对象

（1）哈希对象编码

哈希对象的编码是 ziplist 或 hashtable。

ziplist 编码的哈希对象使用压缩列表作为底层实现，每当有新的键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。因此保存了同一键值对的两个节点总是紧挨在一起，保存键的节点在前，保存值的节点在后。

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字典键值对来保存。

（2）编码转换

当哈希对象可以同时满足以下两个条件时，哈希对象使用 ziplist 编码。

键和值的字符串长度都小于 64 字节
键值对数量小于 512 个

不能满足上面两个条件的哈希对象使用 hashtable 编码。

PS：
上面两个条件的上限值是可以在配置文件中修改的，默认配置如下：

hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64

下面是一个例子：

127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING student
"ziplist"
# 存储一个大于 64 字节的值
127.0.0.1:6379> HSET student desc "zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz ... "
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING student
"hashtable"

2.4 集合对象

（1）集合对象编码

集合对象的编码可以是 intset 或者 hashtable 。

inset 编码的底层实现是整数集合，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合里。

hashtable 编码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 ，可以类比于 Java 中的 HashSet 的实现。

（2）编码转换

当集合对象可以满足以下两个条件中的任一个时，对象使用 intset 编码：

集合对象中的元素都是整数值
集合对象中元素的数量不超过 512 个

PS：
上面第二个条件的上限值是可以在配置文件中修改的，默认配置如下：

set-max-intset-entries 512

下面是一个例子：

127.0.0.1:6379> SADD keys "1" "2"
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING keys
"intset"
# 添加非整数元素
127.0.0.1:6379> SADD keys "hei~"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING keys
"hashtable"

2.5有序集合对象

（1）有序集合对象编码

有序集合的编码可以是 ziplist 或者 skiplist 。

压缩列表内的集合元素按分值从小到大进行排序，分值较小的元素被放置在靠近表头的方向，分值较大的元素则被放置在靠近表尾的方向。

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

为什么 zset 结构要同时使用字典与跳跃表来实现有序集合？

如果只使用字典实现有序集合，查找成员的复杂度为O(1)，但是当执行范围操作时，就需要对字典中保存的元素进行排序。
如果只使用跳跃表实现有序集合，执行范围操作时的所有优点都会被保留，但是执行查找元素时，时间复杂度上升为O(logN)
因此 zset 集成了字典与跳跃表两者的优点来实现有序集合对象。

（2）有序集合对象编码转换

当有序集合对象满足以下条件时，对象会使用 ziplist 编码：

有序集合保存的元素数量小雨 128 个
有序集合保存的所有元素成员长度小于 64 字节

PS：
上面第二个条件的上限值是可以在配置文件中修改的，默认配置如下：

zset-max-ziplist-entries 128
zset-max-ziplist-value 64

三、Other

3.1内存回收

C 语言自身不具备内存回收功能，因此 Redis 使用引用计数（refering counting）实现内存回收机制。每个对象的引用计数信息由 redisO此处输入代码bject 结构中的 refcount 属性记录。

在对象创建时，引用计数值会被初始化为 1，当对象被程序引用时，引用计数值会加 1，当对象不在被一个对象使用时，它的引用计数值会减 1，当对象的引用计数值为 0 时，对象所占的内存就会被回收。

3.2对象共享

Redis 会在初始化服务器时，创建 [0 ,10000）之间的字符串对象，当服务器需要用到 0 到 9999 之间的字符串对象时，服务器会共享这些对象，而不是创建新的对象，通过这种方式可以节约内存。

参考书籍

《Redis 设计与实现》黄健宏著