數據模型

set hello word 為例，因為Redis 是KV 的數據庫，它是通過hashtable 實現的（我們把這個叫做外層的哈希）。所以每個鍵值對都會有一個dictEntry（源碼位置：dict.h），里面指向了key 和value 的指針。next 指向下一個dictEntry。

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，但是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 既不是直接作為字符串存儲，也不是直接存儲在SDS 中，而是存儲在redisObject 中。實際上五種常用的數據類型的任何一種，都是通過redisObject 來存儲的。

redisObject

redisObject 定義在src/server.h 文件中。

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，對象最后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 為0 的時候，表示該對象已經不被任何對象引用，則可以進行垃圾回收了*/void *ptr; /* 指向對象實際的數據結構*/ } robj;

可以使用type 命令來查看對外的類型。

127.0.0.1:6379> type qs string 127.0.0.1:6379> set number 1 OK 127.0.0.1:6379> set qs "is a good teacher in gupao, have crossed mountains and sea " OK 127.0.0.1:6379> set jack bighead OK 127.0.0.1:6379> object encoding number "int" 127.0.0.1:6379> object encoding jack "embstr" 127.0.0.1:6379> object encoding qs "raw"

字符串類型的內部編碼有三種：

1、int，存儲8 個字節的長整型（long，2^63-1）。

2、embstr, 代表embstr 格式的SDS（Simple Dynamic String 簡單動態字符串），存儲小于44 個字節的字符串。

3、raw，存儲大于44 個字節的字符串（3.2 版本之前是39 字節）。為什么是39？

/* object.c */ #define OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT 44

問題1、什么是SDS？

Redis 中字符串的實現。

在3.2 以后的版本中，SDS 又有多種結構（sds.h）：sdshdr5、sdshdr8、sdshdr16、sdshdr32、sdshdr64，用于存儲不同的長度的字符串，分別代表2^5=32byte，2^8=256byte，2^16=65536byte=64KB，2^32byte=4GB。

/* sds.h */ 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、用來標識到底是sdshdr8 還是sdshdr16 等*/ char buf[]; /* 字符串真正的值*/ };

問題2、為什么Redis 要用SDS 實現字符串？

我們知道，C 語言本身沒有字符串類型（只能用字符數組char[]實現）。

1、使用字符數組必須先給目標變量分配足夠的空間，否則可能會溢出。

2、如果要獲取字符長度，必須遍歷字符數組，時間復雜度是O(n)。

3、C 字符串長度的變更會對字符數組做內存重分配。

4、通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，因此不能保存圖片、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 的特點：

1、不用擔心內存溢出問題，如果需要會對SDS 進行擴容。

2、獲取字符串長度時間復雜度為O(1)，因為定義了len 屬性。

3、通過“空間預分配”（ sdsMakeRoomFor）和“惰性空間釋放”，防止多次重分配內存。

4、判斷是否結束的標志是len 屬性（它同樣以'\0'結尾是因為這樣就可以使用C語言中函數庫操作字符串的函數了），可以包含'\0'。

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問題3、embstr 和raw 的區別？

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

因此與raw 相比，embstr 的好處在于創建時少分配一次空間，刪除時少釋放一次空間，以及對象的所有數據連在一起，尋找方便。

而embstr 的壞處也很明顯，如果字符串的長度增加需要重新分配內存時，整個RedisObject 和SDS 都需要重新分配空間，因此Redis 中的embstr 實現為只讀。

問題4：int 和embstr 什么時候轉化為raw？

當int 數據不再是整數， 或大小超過了long 的范圍（2^63-1=9223372036854775807）時，自動轉化為embstr。

127.0.0.1:6379> set k1 1 OK 127.0.0.1:6379> append k1 a (integer) 2 127.0.0.1:6379> object encoding k1 "raw"

問題5：明明沒有超過閾值，為什么變成raw 了？

127.0.0.1:6379> set k2 a OK 127.0.0.1:6379> object encoding k2 "embstr" 127.0.0.1:6379> append k2 b (integer) 2 127.0.0.1:6379> object encoding k2 "raw"

對于embstr，由于其實現是只讀的，因此在對embstr 對象進行修改時，都會先轉化為raw 再進行修改。

因此，只要是修改embstr 對象，修改后的對象一定是raw 的，無論是否達到了44個字節。

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問題6：當長度小于閾值時，會還原嗎？

關于Redis 內部編碼的轉換，都符合以下規律：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（但是不包括重新set）。

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問題7：為什么要對底層的數據結構進行一層包裝呢？

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

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Redis存储（实现）原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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