深刻學習Redis（二），基本類型【String】剖析

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今天咱們來介紹Redis的基本數據類型

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整體來講：String、Hash、Set、List、Zset、Hyperloglog、Geo、Stream

經常使用的數據類型：

最基本最經常使用的數據類型就是String。set 和 get 命令就是 String 的操做命令。

一、 String字符串

能夠用來存儲字符串，整數，浮點數。

1.一、 基本操做

設置多個值（批量操做，原子性）

設置值，如何Key存在，設置不成功

基於此可實現分佈式鎖。 用 del key 釋放鎖。

但若是釋放鎖的操做失敗了， 致使其餘節點永遠獲取不到鎖， 怎麼辦？

加過時時間。 單獨用 expire 加過時， 也失敗了， 沒法保證原子性， 怎麼辦？ 多參數。

set key value [expiration EX seconds|PX milliseconds][NX|XX]

（整數） 值遞增

（整數） 值遞減

浮點數增量

獲取多個值

獲取值長度

字符串追加內容

獲取指定範圍的字符

1.二、 存儲實現原理

數據模型

set name javaHuang爲例，由於 Redis 是 KV 的數據庫，它是經過 hashtable 實現的（我

們把這個叫作外層的哈希）。因此每一個鍵值對都會有一個 dictEntry，裏面指向了 key 和 value 的指針。next 指向下一個 dictEntry。源碼以下：

typedef struct dictEntry {
void *key; /* key 關鍵字定義 */
union {
void *val; uint64_t u64; /* value 定義 */
int64_t s64; double d;
} v;
struct dictEntry *next; /* 指向下一個鍵值對節點 */
} dictEntry；

key 是字符串，可是 Redis 沒有直接使用 C 的字符數組，而是存儲在自定義的 SDS

中。

value 既不是直接做爲字符串存儲，也不是直接存儲在 SDS 中，而是存儲在

redisObject 中。實際上五種經常使用的數據類型的任何一種，都是經過 redisObject 來存儲

的。

redisObject

redisObject 的定義的源碼以下：

typedef struct redisObject {
unsigned type:4; /* 對象的類型， 包括： OBJ_STRING、 OBJ_LIST、 OBJ_HASH、 OBJ_SET、 OBJ_ZSET */
unsigned encoding:4; /* 具體的數據結構 */
unsigned lru:LRU_BITS; /* 24 位， 對象最後一次被命令程序訪問的時間， 與內存回收有關 */
int refcount; /* 引用計數。 當 refcount 爲 0 的時候， 表示該對象已經不被任何對象引用， 則能夠進行垃圾回收了
*/
void *ptr; /* 指向對象實際的數據結構 */
} robj；

可使用 type 命令來查看對外的類型。

下面我來設置三種Key

而後咱們獲取這三種Key的內部編碼

因而咱們可知，字符串類型的內部編碼有三種：

一、int，存儲 8 個字節的長整型（long，2^63-1）。

二、embstr, 表明 embstr 格式的 SDS（Simple Dynamic String 簡單動態字符串），

存儲小於 44 個字節的字符串。

三、raw，存儲大於 44 個字節的字符串（3.2 版本以前是 39 字節）。

/* object.c */
#define OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT 44

二、接下來咱們一塊兒來探討幾個問題

2.一、什麼是SDS

SDS是Redis 中字符串的實現。

在 3.2 之後的版本中，SDS 又有多種結構（sds.h）：sdshdr五、sdshdr八、sdshdr1六、

sdshdr3二、sdshdr64，用於存儲不一樣的長度的字符串，分別表明 2^5=32byte，

2^8=256byte，2^16=65536byte=64KB，2^32byte=4GB。

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
  uint8_t len; /* 當前字符數組的長度 */
  uint8_t alloc; /*當前字符數組總共分配的內存大小 */
  unsigned char flags; /* 當前字符數組的屬性、 用來標識究竟是 sdshdr8 仍是 sdshdr16 等 */
  char buf[]; /* 字符串真正的值 */
};

2.二、爲何 Redis 要用 SDS 實現字符串？

咱們知道，C 語言自己沒有字符串類型（只能用字符數組 char[]實現）。

一、使用字符數組必須先給目標變量分配足夠的空間，不然可能會溢出。

二、若是要獲取字符長度，必須遍歷字符數組，時間複雜度是 O(n)。

三、C 字符串長度的變動會對字符數組作內存重分配。

四、經過從字符串開始到結尾碰到的第一個'\0'來標記字符串的結束，所以不能保存圖片、音頻、視頻、壓縮文件等二進制(bytes)保存的內容，二進制不安全。

SDS 的特色：

一、不用擔憂內存溢出問題，若是須要會對 SDS 進行擴容。

二、獲取字符串長度時間複雜度爲 O(1)，由於定義了 len 屬性。

三、經過「空間預分配」（ sdsMakeRoomFor）和「惰性空間釋放」，防止屢次重分配內存。

四、判斷是否結束的標誌是 len 屬性（它一樣以'\0'結尾是由於這樣就可使用 C 語言中函數庫操做字符串的函數了），能夠包含'\0'。

2.三、embstr 和 raw 的區別

embstr 的使用只分配一次內存空間（由於 RedisObject 和 SDS 是連續的），而 raw須要分配兩次內存空間（分別爲 RedisObject 和 SDS 分配空間）。

所以與 raw 相比，embstr 的好處在於建立時少分配一次空間，刪除時少釋放一次空間，以及對象的全部數據連在一塊兒，尋找方便。

而 embstr 的壞處也很明顯，若是字符串的長度增長鬚要從新分配內存時，整個RedisObject 和 SDS 都須要從新分配空間，所以 Redis 中的 embstr 實現爲只讀。

2.四、int 和 embstr 何時轉化爲 raw

當 int 數 據 不 再 是 整 數 ， 或 大 小 超 過 了 long 的 範 圍（2^63-1=9223372036854775807）時，自動轉化爲 embstr。

2.五、明明沒有超過閾值，爲何變成 raw 了

對於 embstr，因爲其實現是隻讀的，所以在對 embstr 對象進行修改時，都會先轉化爲 raw 再進行修改。

所以，只要是修改 embstr 對象，修改後的對象必定是 raw 的，不管是否達到了 44個字節。

2.六、當長度小於閾值時，會還原嗎

關於 Redis 內部編碼的轉換，都符合如下規律：編碼轉換在 Redis 寫入數據時完成，且轉換過程不可逆，只能從小內存編碼向大內存編碼轉換（可是不包括從新 set）。

2.七、爲何要對底層的數據結構進行一層包裝呢

經過封裝，能夠根據對象的類型動態地選擇存儲結構和可使用的命令，實現節省空間和優化查詢速度。

三、應用場景

緩存

String 類型

例如：熱點數據緩存，對象緩存，全頁緩存。能夠提高熱點數據的訪問速度。

數據共享分佈式

STRING 類型，由於 Redis 是分佈式的獨立服務，能夠在多個應用之間共享，例如：分佈式 Session

<dependency>
    <groupId>org.springframework.session</groupId>
    <artifactId>spring-session-data-redis</artifactId>
</dependency>

分佈式鎖

STRING 類型 setnx 方法，只有不存在時才能添加成功，返回 true。

簡單代碼以下:

public Boolean getLock(Object lockObject){
    jedisUtil = getJedisConnetion();
    boolean flag = jedisUtil.setNX(lockObj, 1);
    if(flag){
        expire(locakObj,10);
    }
    return flag;
}
​public void releaseLock(Object lockObject){
    del(lockObj);
}

全局 ID

INT 類型，INCRBY，利用原子性

incrby userid 1000

計數器

INT 類型，INCR 方法

例如：文章的閱讀量，微博點贊數，容許必定的延遲，先寫入 Redis 再定時同步到數據庫。

限流

INT 類型，INCR 方法

以訪問者的 IP 和其餘信息做爲 key，訪問一次增長一次計數，超過次數則返回 false。

位統計

String 類型的 BITCOUNT（1.6.6 的 bitmap 數據結構介紹）。

字符是以 8 位二進制存儲的。

set k1 a
setbit k1 6 1
setbit k1 7 0
get k1

a 對應的 ASCII 碼是 97，轉換爲二進制數據是 01100001

b 對應的 ASCII 碼是 98，轉換爲二進制數據是 01100010

由於 bit 很是節省空間（1 MB=8388608 bit），能夠用來作大數據量的統計。

例如：在線用戶統計，留存用戶統計

setbit onlineusers 0 1
setbit onlineusers 1 1
setbit onlineusers 2 0

支持按位與、按位或等等操做。

BITOP AND destkey key [key ...] ， 對一個或多個 key 求邏輯並， 並將結果保存到 destkey 。
BITOP OR destkey key [key ...] ， 對一個或多個 key 求邏輯或， 並將結果保存到 destkey 。
BITOP XOR destkey key [key ...] ， 對一個或多個 key 求邏輯異或， 並將結果保存到 destkey 。
BITOP NOT destkey key ， 對給定 key 求邏輯非， 並將結果保存到 destkey 。

例子：計算出 7 天都在線的用戶

BITOP "AND" "7_days_both_online_users" "day_1_online_users" "day_2_online_users" ... "day_7_online_users"

基本數據類型String基本算是分析透了，接下來還有幾個經常使用的基本類型的深刻探討，敬請期待。

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