引言

Redis 區(qū)分于 memcahced 的一個重要不同就是它具有明確的類型概念，在Redis 的使用過程中，都離不開這些類型的學(xué)習(xí)，它不僅是 Redis 能力的基礎(chǔ)，同時也是一些重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法思想的體現(xiàn)。

本博客總結(jié)了五大類型的書面重點(diǎn)，幫助快速梳理和總結(jié) Redis 類型相關(guān)的知識點(diǎn)，理論性和記憶性較強(qiáng)。可以作為?Redis 數(shù)據(jù)類型的學(xué)習(xí)大綱，建議在實(shí)踐之前牢記這些知識。

一、Redis簡介

在開始之前，回顧一下redis的介紹性知識。

redis的底層語言是C，它是一種高性能鍵值對、NoSQL內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。可以用作緩存、數(shù)據(jù)庫、消息中間件、分布式鎖等。

它的幾大優(yōu)點(diǎn)：

1、性能優(yōu)秀：內(nèi)存中運(yùn)行，讀寫速度快，支持10W并發(fā)QPS。

2、單進(jìn)程單線程：線程安全，采用IO多路復(fù)用機(jī)制。

3、豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：五大數(shù)據(jù)類型，類型檢查和命令多態(tài)。

4、數(shù)據(jù)持久化：AOF和RDB，以及混用模式。

5、高可用方案：主從復(fù)制、哨兵模式等。

6、適合多種分布式業(yè)務(wù)場景：消息中間件、分布式鎖、消息訂閱發(fā)布等等。

二、鍵值存儲對象 ——?RedisObject

Redis 中使用 redisObject 對象來表示數(shù)據(jù)庫中的 key（始終是字符串對象）和 value（五種對象類型的任意一種）。

每次在 Redis 中新創(chuàng)建一個鍵值對時，它至少會創(chuàng)建兩個對象（鍵對象、值對象）。

redisObject 包含幾個重要的屬性：

type?屬性記錄對象類型——五大類型;

encoding 屬性記錄對象所使用的編碼，即對象的底層實(shí)現(xiàn)是怎樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);

ptr 屬性指向?qū)ο蟮牡讓訑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由encoding決定;

refcount 屬性記錄對象的引用計(jì)數(shù)，redis 可以改變這個值是否 = 0 來決定是否回收對象內(nèi)存；同時，它也是實(shí)現(xiàn)對象共享機(jī)制的基礎(chǔ)。

lru 屬性記錄對象最后一次被命令訪問的時間。

三、五大基本類型

一般我們說Redis中的數(shù)據(jù)類型通常指值對象的類型，因?yàn)殒I始終是字符串對象。

對象類型由 redisObject 中的 type 屬性記錄，它有以下五種類型，可以使用 TYPE 命令查看對象類型：

TYPE keyname

五大基本類型：

1、String ：最基本的類型，二進(jìn)制安全可以存儲包括圖片等文件格式，編碼方式有raw、int 等。最大能夠存儲512M。

2、Hash ：鍵值對集合對象，類似Java 中的 Map，但鍵值都得是字符串。適合存儲對象信息，且支持更改某一項(xiàng)屬性。

3、List ：簡單的字符串列表，底層實(shí)現(xiàn)是雙向鏈表。按照插入順序排序，操作分為左右，如 LPUSH、RPUSH等。可以用作消息隊(duì)列模型。

4、Set ：無序、不可重復(fù)字符串集合。通過 hashtable實(shí)現(xiàn)。增刪查都是O(1)復(fù)雜度，支持交、并、差集操作。

5、ZSet：有序、不可重復(fù)字符串集合。通過 hashtable 和 skiplist 實(shí)現(xiàn)。可以根據(jù) Double 類型的 score 從小到大排序。

三、八種編碼方式

對象編碼表示 Redis 以何種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)存儲數(shù)據(jù)，由 redisObject 的 encoding 屬性記錄。

編碼方式并不一定表示某種具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如 skiplist 編碼的 ZSet 對象，底層實(shí)際使用了字典+跳躍表的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

Redis 為何要將數(shù)據(jù)類型拆分為 type 和 encoding 呢？

對象類型不關(guān)聯(lián)固定的編碼，是為了提升redis的靈活性和效率，同時也有性能方面的考慮。

Redis可以根據(jù)不同的使用場景為一個對象設(shè)置不同的編碼，從而優(yōu)化對象在某一場景下的效率。例如，在列表對象包含元素較少時，使用 ziplist，它比 linkedlist 更節(jié)約內(nèi)存，在內(nèi)存中以連續(xù)的方式保存數(shù)據(jù)，可以更快的載入到緩存中。但如果 List 中的元素越來越多，就會使用 linkedlist，它更適合保存大量元素的場景。

編碼方式有 8 種：

int、embstr、raw、hashtable、linkedlist、ziplist、intset、skiplist

可以使用 OBJECT ENCODING k1 來查看 key 的值對象的編碼方式。

它們與類型的關(guān)系如下：

String ：int、embstr、raw

Hash ：ziplist、hashtable

List ：ziplist、linkedlist

Set ：intset、hashtable

ZSet? ：ziplist、skiplist

四、字符串

39個字節(jié)區(qū)分 raw 和 embstr （<=39）編碼，embstr 編碼是專門用于保存短字符串的一種優(yōu)化編碼方式。

對于某些浮點(diǎn)數(shù)字符串，在執(zhí)行類似 INCRBYFLOAT命令時，會先將類型轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，執(zhí)行運(yùn)算操作后，再轉(zhuǎn)換回字符串。

編碼轉(zhuǎn)換 ：int 和 embstr 在某些條件下會轉(zhuǎn)為 raw

• int ：在執(zhí)行某些命令后，使得值不再是一個整數(shù)（如APPEND），那么編碼會從int轉(zhuǎn)為raw。

• embstr：它實(shí)際上是只讀的，當(dāng)對embstr執(zhí)行修改時，Redis 一定會將其轉(zhuǎn)為 raw，再執(zhí)行修改命令。

五、哈希

Hash 對象的編碼可以是 ziplist 或 hashtable。

ziplist：是一種連續(xù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類似數(shù)組，當(dāng)以 ziplist 存儲鍵值對時，它們會以 k-v-k-v... 的形式間隔存入，因此同一鍵值對的key和value總是緊挨著的。

hashtable：意為“字典”，它以數(shù)組保存所有鍵值對，每對鍵值都被封裝為一個叫 entry 的結(jié)構(gòu)，這與Java中的HashMap非常類似。

編碼轉(zhuǎn)換：當(dāng)所有鍵和值的字符串長度小于64字節(jié)，且鍵值對數(shù)量小于512個時，使用ziplist編碼；否則，使用hashtable編碼。當(dāng)然，這兩個條件的上限是可以修改的。

六、列表

List 對象的編碼可以是 ziplist 或 linkedlist。

ziplist:同 hash類型。

linkedlist：是一種雙端鏈表結(jié)構(gòu)，每個鏈表節(jié)點(diǎn)都會包含一個字符串對象，這是一種嵌套字符串行為，字符串對象是Redis五種類型中唯一一種會被其他四種類型對象嵌套的對象。

也就是說，五種類型對象的鍵和值都只能是字符串相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

?編碼轉(zhuǎn)換：當(dāng)所有元素長度都小于64字節(jié)，且元素個數(shù)小于512個時，使用ziplist；否則，使用 linkedlist。限制條件與hash對象是相同的。

七、集合

Set 對象的編碼可以是 intset 或 hashtable。

intset:代表一個整數(shù)集合。

hashtable：在實(shí)現(xiàn)set時，字典的每個鍵保存了一個元素，而字典的值全部都為NULL。在 Java 中，也會使用 HashMap 來實(shí)現(xiàn) HashSet，不過，在Java中，為了避免空指針，每個 Entry 的值并不是 null，而是都指向了同一個空的 Object。

?編碼轉(zhuǎn)換：當(dāng)所有元素都是整數(shù)，且元素個數(shù)不超過512個時，使用 intset；否則，使用 hashtable。

八、有序集合

ZSet 對象的編碼可以是 ziplist 或 skiplist。

ziplist：每個集合元素使用兩個緊挨在一起的節(jié)點(diǎn)來保存，前節(jié)點(diǎn)保存元素的成員，后節(jié)點(diǎn)保存分?jǐn)?shù)score。

skiplist：是一個復(fù)合結(jié)構(gòu)——字典 + 跳躍表。它們會引用共享的數(shù)據(jù)，不會造成重復(fù)存儲的情況。跳躍表可以按分?jǐn)?shù)順序存儲所有元素，程序可以基于此對有序集合進(jìn)行范圍操作：ZRANK、ZRANGE等；

字典創(chuàng)建了從成員到分?jǐn)?shù)的映射，程序可以用O(1)查找給定成員的分?jǐn)?shù)，如：ZSCORE等。

為什么ZSet 要同時使用跳躍表和字典來實(shí)現(xiàn)呢？

單獨(dú)使用其中一種都達(dá)不到同時使用兩種結(jié)構(gòu)的性能。可以說這兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)合彌補(bǔ)了有序結(jié)構(gòu)在查找與范圍搜索上的先天不足。因此，為了讓有序集合在查找和范圍操作都盡可能快，Redis 選擇了同時使用字典和跳躍表兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)ZSet。

編碼的轉(zhuǎn)換：當(dāng)元素個數(shù)小于128，所有元素長度都小于64字節(jié)時，使用ziplist；否則使用skiplist編碼。?

九、Redis 的類型檢查和命令多態(tài)

Redis中用于操作key的命令可以分為兩類：對全部類型都可用和只對特定類型可用。

全部類型可用：DEL、EXPIRE、RENAME、TYPE、OBJECT等。

特定類型可用：SET、GET、APPEND、HDEL、RPUSH、SADD、ZADD等等。

9.1 類型檢查的實(shí)現(xiàn)

為了保證只有特定類型的key可以執(zhí)行某些特定命令，在執(zhí)行特定命令之前，redis會先檢查key 所對應(yīng)的value的類型，然后決定是否執(zhí)行。這種類型檢查是通過redisObject的type屬性來實(shí)現(xiàn)的。

9.2 多態(tài)命令的實(shí)現(xiàn)

redis會根據(jù)值對象的編碼，選擇正確的“命令實(shí)現(xiàn)代碼”來執(zhí)行命令。

例如，List 的編碼有 ziplist 和 linkedlist 兩種，Redis 會根據(jù)encoding的不同，在執(zhí)行LLEN命令時，考慮使用ziplistlen函數(shù)還是使用listlength函數(shù)。

以面向?qū)ο蟮男g(shù)語來說，LLEN命令是多態(tài)的。

十、內(nèi)存回收與對象共享

Redis 使用引用計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)對象內(nèi)存空間的回收。

每個值對象上都有一個引用計(jì)數(shù)——refcount，Redis 可以通過增加或減少引用計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存回收和對象共享。

十一、對象的空轉(zhuǎn)時長

除了type、encoding、ptr、refcount等屬性外，redisObject還有一個屬性lru。

lru屬性記錄了對象最后一次被命令訪問的時間。

OBJECT IDLETIME k1 // 該命令可以查看鍵的空轉(zhuǎn)時長，這是通過將當(dāng)前時間減去值對象的lru時間計(jì)算得出的。

當(dāng)redis設(shè)置了maxmemory選項(xiàng)，且內(nèi)存回收算法設(shè)置為volatile-lru或allkeys-lru，那么當(dāng)內(nèi)存超過maxmemory時，空轉(zhuǎn)時間較高的那部分key會優(yōu)先被服務(wù)器釋放。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Redis 基础——五大类型与数据结构的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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