Redis數據類型及實現

先列舉：

五大類型：String、List、Hash、Set、Sorted Set、

其它： pubsub（應該算獨立功能吧？）、HyperLogLog（2.8.9+）、Geo（3.2+）、Stream（redis5+）

* * * redisObject * * *

redis中實現了不少自定義數據結構，但redis並無直接使用這些結構來構建k-v系統，而是使用這些結構建立了一個對象系統；這個對象系統包含了上面咱們列舉的字符串對象、列表對象、哈希對象、集合對象等等；

注：本文假定閱讀者對於redis底層數據結構及實現有必定了解

注：底層數據結構包括: 簡單動態字符串SDS、鏈表linkedlist、跳躍表skiplist、壓縮列表ziplist、整數集合等等

使用對象的優勢：

• 執行命令前，方便根據對象類型判斷一個對象是否可執行給定的命令；
• 針對不一樣的使用場景，爲對象設置多種不一樣的數據結構實現，以優化性能；
• redis的對象系統還實現了基於引用計數技術的內存回收機制；
• 經過引用計數，還實現了對象共享機制；
• redis的對象帶有訪問時間記錄信息，可用於計算數據庫鍵的空轉時長，以輔助實現maxmemory；

redisObject：

• type：類型
  • REDIS_STRING: string
  • REDIS_LIST: list
  • REDIS_HASH: hash
  • REDIS_SET: set
  • REDIS_ZSET: zset
• encoding：編碼，即底層數據結構的類型；
  • REDIS_ENCODING_INT：int = long型整數
  • REDIS_ENCODING_EMBSTR：embstr = embstr編碼的SDS
  • REDIS_ENCODING_RAW：raw = SDS
  • REDIS_ENCODING_HT：hashtable = 字典（哈希表）
  • REDIS_ENCODING_LINKEDLIST：linkedlist = 鏈表
  • REDIS_ENCODING_ZIPLIST：ziplist = 壓縮列表
  • REDIS_ENCODING_INTSET：intset = 整數集合
  • REDIS_ENCODING_SKIPLIST：skiplist = 跳躍表
• ptr：指向底層數據結構實現的指針；

說明： redis是一個鍵值對系統，它的鍵老是字符串對象，值爲上述類型中聲明的對象類型（新版本有擴充），使用type命令可查看數據庫鍵的類型，實際就是數據庫鍵對應的值的類型；

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-------- 快樂的分割線-------下面介紹五大類型 ----------------

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String 字符串

redisObject的type爲REDIS_STRING，用type命令查詢，顯示string，編碼表示底層數據結構：

• int： 若是一個字符串對像保存的是整數值，且該值可用long類型來表示，那麼該對象會將整數值保存在ptr屬性中（void*轉換爲long），並將encoding設置爲int
• raw：字符串值（含浮點型），且長度大於32Byte（默認）,那字符串對象將使用一個SDS來保存這個值，並將encoding設置爲raw
• embstr：字符串值（含浮點型），且長度小於等於32字節，則使用embstr編碼的方式來保存

注1：embstr是一種專門保存短字符串的優化編碼，與raw同樣使用redisObject+sdshdr結構，區別是，raw調用兩次內存分配函數來分別建立redisObject結構和sdshdr結構，而embstr則調用一次內存分配函數來分配一塊連續的內存空間，該空間依次包含這兩種結構

注2：浮點型數據，在redis也是作爲字符串對象保存的，保存或者計算時會有一個類型轉換的過程

List 列表

能夠用ziplist或linkedlist表示，後來用quicklist(3.2+)

• ziplist： 知足如下條件時使用壓縮列表作爲list的底層實現：
  • 全部元素字符串長度都小於64Byte(默認值)
  • 元素數量小於512
• linkedlist： 不知足使用ziplist的條件時，使用linkedlist
• quicklist： redis3.2開始支持的數據結構，是一個由ziplist組成的雙端列表，鏈表的每個節點都是一個ziplist，貌似3.2以後，list只用quicklist結構實現

list-max-ziplist-size：每一個ziplist（即quicklist的節點）大小，默認-2，此值可正可負，其中正數表示每一個壓縮列表中存放的最大元素個數，若是是負數，表示按字節數來限定元素個數：

• -1 每一個節點的ziplist字節大小不能超過4kb
• -2 每一個節點的ziplist字節大小不能超過8kb（默認值）
• -3 每一個節點的ziplist字節大小不能超過16kb
• -4 每一個節點的ziplist字節大小不能超過32kb
• -5 每一個節點的ziplist字節大小不能超過64kb

Hash 哈希

編碼爲ziplist或hashtable

• ziplist 用兩個ziplist節點分別表示鍵和值，添加鍵值對時，先將鍵節點推入到表尾，再將值節點推入到表尾，所以鍵值對老是緊挨着且先加入的在表頭方向； 知足以下條件時使用ziplist作底層實現：
  • 全部鍵值對的鍵和值字符串的長度所有小於64Byte（默認值，配置項：hash-max-ziplist-value）
  • 鍵值對數量小於512（默認值，配置項：hash-max-ziplist-entries）
• hashtable 不知足使用ziplist的條件時，將使用hashtable作爲底層結構

Set 集合

集合對象的編碼能夠是intset或者hashtable

• intset 知足如下條件時用做集合的底層實現：
  • 集合對象保存的全部元素值都是整數值
  • 元素數量不超過512（默認值，配置項：set-max-intset-entries）
• hashtable 不適用intset時，使用hashtable作爲底層實現，使用hashtable時，只使用鍵，值爲Null，相似於java的HashSet

Sorted Set 有序集合

有序集合的編碼能夠是ziplist或skiplist

• ziplist：使用ziplist實現時，每一個有序集合元素使用挨在一塊兒的兩個ziplistNode表示，第一個表示元素成員member，第二個表示分值score；ziplist中的集合元素按分值從小到大排列，小的靠近表頭方向，大的靠近表尾方向；知足以下條件時使用：
  • 元素數量小於128（默認值，配置項：zset-max-ziplist-entries）
  • 全部元素成員的長度小於64（默認值，配置項：zset-max-ziplist-value）
• skiplist 使用zset結構作爲底層實現，每一個zset同時包含一個字典dict和一個跳躍表skiplist：
  • skiplist ：按分值從小到大保存了有序集合的元素，保證有序，提升範圍型操做性能
  • dict ：字典則是爲每一個元素建立了成員到分值的映射，提供快速查找性能

注：編碼爲skiplist時，跳躍表和字典會共享成員及分值，內存中只佔一分，由於不存在內存浪費；

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----- 快樂的分割線 -------- 下面其它類型，還沒好好研究完---------

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pubsub 發佈/訂閱

發佈/訂閱彷佛是一項獨立功能，不能算一種數據類型，不過從使用上差很少，估且也算在這兒吧；

redis的發佈/訂閱功能分爲兩類：頻道的發佈/訂閱及模式的發佈/訂閱；redis的服務器在redis內部用redisServer結構表示，而發佈訂閱的實現，依賴於redisServer中的兩個屬性：

• 頻道（channel） pubsub_channels字典，字典的鍵表示被訂閱的頻道，而值是一個鏈表，存儲了全部訂閱該頻道的客戶端；
  • 訂閱：定位到頻道的訂閱鏈表，在表尾添加一個含訂閱客戶端的節點
  • 退訂：定位到頻道的訂閱鏈表，遍歷，找到含退訂客戶端的節點，刪除
  • 發佈：定位到頻道的訂閱鏈表，遍歷，依次發消息
• 模式（patter） pubsub_patterns 鏈表，每一個節點都包含一個pubsubPattern結構，該結構中存儲了訂閱模式的客戶端和訂閱的模式；
  • 訂閱：建立一個pubsubPattern結構，添加到pubsub_patterns 鏈表尾
  • 退訂：遍歷pubsub_patterns，找到含要退訂的模式和客戶端的節點，刪除
  • 發佈：遍歷pubsub_patterns，向模式匹配的客戶發消息

注：訂閱將阻塞線程，應該在獨立線程獨立客戶端中使用；

HyperLogLog

使用type查詢一個HyperLogLog類型的值，是string，彷佛，是基於string結構實現的HyperLogLog功能？待探究

Geo

Stream

還沒有研究，且目前5.0版本中，做者不建議在生產環境中使用stream，因此學習後再補充

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-------- 快樂的分割線------- 知識擴展 ----------------