Redis（三）--- Redis的五大數據類型的底層實現

一、簡介

Redis的五大數據類型也稱五大數據對象；前面介紹過6大數據結構，Redis並無直接使用這些結構來實現鍵值對數據庫，而是使用這些結構構建了一個對象系統redisObject；這個對象系統包含了五大數據對象，字符串對象（string）、列表對象（list）、哈希對象（hash）、集合（set）對象和有序集合對象（zset）；而這五大對象的底層數據編碼能夠用命令OBJECT ENCODING來進行查看。

redisObject結構

1 typedef struct redisObject { 2 // 類型 3 unsigned type:4; 4 // 編碼 5 unsigned encoding:4; 6 // 指向底層實現數據結構的指針 7 void *ptr; 8 // ... 9 } robj;

redis是以鍵值對存儲數據的，因此對象又分爲鍵對象和值對象，即存儲一個key-value鍵值對會建立兩個對象，鍵對象和值對象。

鍵對象老是一個字符串對象，而值對象能夠是五大對象中的任意一種。

• • type屬性存儲的是對象的類型，也就是咱們說的 string、list、hash、set、zset中的一種，可使用命令 TYPE key 來查看。
  • encoding屬性記錄了隊形所使用的編碼，即這個對象底層使用哪一種數據結構實現。

表中列出了底層編碼常量及對應的OBJECT ENCODING 命令的輸出，前三項都是字符串結構

咱們在存入key-value鍵值對時並不會指定對象的encoding，而是Redis會根據不統的使用場景來爲一個對象設置不一樣的編碼，能夠達到節約內存、加快訪問速度等目的。

 

二、字符串對象(string)

字符串對象底層數據結構實現爲簡單動態字符串（SDS）和直接存儲，但其編碼方式能夠是int、raw或者embstr，區別在於內存結構的不一樣。

（1）int編碼

字符串保存的是整數值，而且這個正式能夠用long類型來表示，那麼其就會直接保存在redisObject的ptr屬性裏，並將編碼設置爲int，如圖：

 

（2）raw編碼

 字符串保存的大於32字節的字符串值，則使用簡單動態字符串（SDS）結構，並將編碼設置爲raw，此時內存結構與SDS結構一致，內存分配次數爲兩次，建立redisObject對象和sdshdr結構，如圖：

（3）embstr編碼

 字符串保存的小於等於32字節的字符串值，使用的也是簡單的動態字符串（SDS結構），可是內存結構作了優化，用於保存頓消的字符串；內存分配也只須要一次就可完成，分配一塊連續的空間便可，如圖：

 

 字符串對象總結：

• 在Redis中，存儲long、double類型的浮點數是先轉換爲字符串再進行存儲的。
• raw與embstr編碼效果是相同的，不一樣在於內存分配與釋放，raw兩次，embstr一次。
• embstr內存塊連續，能更好的利用緩存在來的優點
• int編碼和embstr編碼若是作追加字符串等操做，知足條件下會被轉換爲raw編碼；embstr編碼的對象是隻讀的，一旦修改會先轉碼到raw。

三、列表對象(list)

列表對象的編碼能夠是ziplist和linkedlist之一。

（1） ziplist編碼

ziplist編碼的哈希隨想底層實現是壓縮列表，每一個壓縮裏列表節點保存了一個列表元素。

（2）linkedlist編碼

linkedlist編碼底層採用雙端鏈表實現，每一個雙端鏈表節點都保存了一個字符串對象，在每一個字符串對象內保存了一個列表元素。

列表對象編碼轉換：

• • 列表對象使用ziplist編碼須要知足兩個條件：一是全部字符串長度都小於64字節，二是元素數量小於512，不知足任意一個都會使用linkedlist編碼。
  • 兩個條件的數字能夠在Redis的配置文件中修改，list-max-ziplist-value選項和list-max-ziplist-entries選項。
  • 圖中StringObject就是上一節講到的字符串對象，字符串對象是惟一個在五大對象中做爲嵌套對象使用的。

 

四、哈希對象(hash)

哈希對象的編碼能夠是ziplist和hashtable之一。

（1）ziplist編碼

ziplist編碼的哈希對象底層實現是壓縮列表，在ziplist編碼的哈希對象中，key-value鍵值對是以緊密相連的方式放入壓縮鏈表的，先把key放入表尾，再放入value；鍵值對老是向表尾添加。

（2）hashtable編碼

hashtable編碼的哈希對象底層實現是字典，哈希對象中的每一個key-value對都使用一個字典鍵值對來保存。

字典鍵值對便是，字典的鍵和值都是字符串對象，字典的鍵保存key-value的key，字典的值保存key-value的value。

哈希對象編碼轉換：

• • 哈希對象使用ziplist編碼須要知足兩個條件：一是全部鍵值對的鍵和值的字符串長度都小於64字節；二是鍵值對數量小於512個；不知足任意一個都使用hashtable編碼。
  • 以上兩個條件能夠在Reids配置文件中修改hash-max-ziplist-value選項和hash-max-ziplist-entries選項。

 

五、集合對象(set)

集合對象的編碼能夠是intset和hashtable之一。

（1）intset編碼

intset編碼的集合對象底層實現是整數集合，全部元素都保存在整數集合中。

（2）hashtable編碼

hashtable編碼的集合對象底層實現是字典，字典的每一個鍵都是一個字符串對象，保存一個集合元素，不一樣的是字典的值都是NULL；能夠參考java中的hashset結構。

集合對象編碼轉換：

• • 集合對象使用intset編碼須要知足兩個條件：一是全部元素都是整數值；二是元素個數小於等於512個；不知足任意一條都將使用hashtable編碼。
  • 以上第二個條件能夠在Redis配置文件中修改et-max-intset-entries選項。

 

 六、有序集合對象(zset)

有序集合的編碼能夠是ziplist和skiplist之一。

（1）ziplist編碼 

ziplist編碼的有序集合對象底層實現是壓縮列表，其結構與哈希對象相似，不一樣的是兩個緊密相連的壓縮列表節點，第一個保存元素的成員，第二個保存元素的分值，並且分值小的靠近表頭，大的靠近表尾。

（2）skiplist編碼

skiplist編碼的有序集合對象底層實現是跳躍表和字典兩種；

每一個跳躍表節點都保存一個集合元素，並按分值從小到大排列；節點的object屬性保存了元素的成員，score屬性保存分值；

字典的每一個鍵值對保存一個集合元素，字典的鍵保存元素的成員，字典的值保存分值。

爲什麼skiplist編碼要同時使用跳躍表和字典實現？

• 跳躍表優勢是有序，可是查詢分值複雜度爲O(logn)；字典查詢分值複雜度爲O(1) ，可是無序，因此結合連個結構的有點進行實現。
• 雖然採用兩個結構可是集合的元素成員和分值是共享的，兩種結構經過指針指向同一地址，不會浪費內存。

有序集合編碼轉換：

• 有序集合對象使用ziplist編碼須要知足兩個條件：一是全部元素長度小於64字節；二是元素個數小於128個；不知足任意一條件將使用skiplist編碼。
• 以上兩個條件能夠在Redis配置文件中修改zset-max-ziplist-entries選項和zset-max-ziplist-value選項。

 

七、總結

在Redis的五大數據對象中，string對象是惟一個能夠被其餘四種數據對象做爲內嵌對象的；

列表（list）、哈希（hash）、集合（set）、有序集合（zset）底層實現都用到了壓縮列表結構，而且使用壓縮列表結構的條件都是在元素個數比較少、字節長度較短的狀況下；

四種數據對象使用壓縮列表的優勢：

（1）節約內存，減小內存開銷，Redis是內存型數據庫，因此必定狀況下減小內存開銷是很是有必要的。

（2）減小內存碎片，壓縮列表的內存塊是連續的，並分配內存的次數一次便可。

（3）壓縮列表的新增、刪除、查找操做的平均時間複雜度是O(N)，在N再必定的範圍內，這個時間幾乎是能夠忽略的，而且N的上限值是能夠配置的。

（4）四種數據對象都有兩種編碼結構，靈活性增長。

 

參考：

《Redis設計與實現》黃健宏著，網上對Redis的詳解等

 

此博客爲筆者使用redis好久以後，參考網絡上各種文章總結性書寫，原創手打，若有錯誤歡迎指正。

原文出處：https://www.cnblogs.com/MouseDong/p/11134039.html