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前面兩篇博客，第一篇介紹了五大數(shù)據(jù)類型的基本用法，第二篇介紹了Redis底層的六種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在Redis中，并沒有直接使用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)鍵值對數(shù)據(jù)庫，而是基于這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建了一個對象系統(tǒng)，這些對象系統(tǒng)也就是前面說的五大數(shù)據(jù)類型，每一種數(shù)據(jù)類型都至少用到了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過這五種不同類型的對象，Redis可以在執(zhí)行命令之前，根據(jù)對象的類型判斷一個對象是否可以執(zhí)行給定的命令，而且可以針對不同的場景，為對象設(shè)置多種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化對象在不同場景下的使用效率。

1、對象的類型與編碼

Redis使用前面說的五大數(shù)據(jù)類型來表示鍵和值，每次在Redis數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個鍵值對時，至少會創(chuàng)建兩個對象，一個是鍵對象，一個是值對象，而Redis中的每個對象都是由 redisObject 結(jié)構(gòu)來表示：

typedef struct redisObject{//類型unsigned type:4;//編碼unsigned encoding:4;//指向底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針void *ptr;//引用計數(shù)int refcount;//記錄最后一次被程序訪問的時間unsigned lru:22;}robj

①、type屬性 　　對象的type屬性記錄了對象的類型，這個類型就是前面講的五大數(shù)據(jù)類型：

　　可以通過如下命令來判斷對象類型：

type key

　　注意：在Redis中，鍵總是一個字符串對象，而值可以是字符串、列表、集合等對象，所以我們通常說的鍵為字符串鍵，表示的是這個鍵對應(yīng)的值為字符串對象，我們說一個鍵為集合鍵時，表示的是這個鍵對應(yīng)的值為集合對象。

*②、encoding 屬性和 prt 指針 　　對象的 prt 指針指向?qū)ο蟮讓拥臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由 encoding 屬性來決定。

　　而每種類型的對象都至少使用了兩種不同的編碼：

　　可以通過如下命令查看值對象的編碼：

OBJECT ENCODING key

比如 string 類型：（可以是 embstr編碼的簡單字符串或者是 int 整數(shù)值實現(xiàn)）

2、字符串對象

字符串是Redis最基本的數(shù)據(jù)類型，不僅所有key都是字符串類型，其它幾種數(shù)據(jù)類型構(gòu)成的元素也是字符串。注意字符串的長度不能超過512M。

①、編碼

字符串對象的編碼可以是int，raw或者embstr。

1、int 編碼：保存的是可以用 long 類型表示的整數(shù)值。

2、raw 編碼：保存長度大于44字節(jié)的字符串（redis3.2版本之前是39字節(jié)，之后是44字節(jié)）。

3、embstr 編碼：保存長度小于44字節(jié)的字符串（redis3.2版本之前是39字節(jié)，之后是44字節(jié)）。

　　由上可以看出，int 編碼是用來保存整數(shù)值，raw編碼是用來保存長字符串，而embstr是用來保存短字符串。其實 embstr 編碼是專門用來保存短字符串的一種優(yōu)化編碼，raw 和 embstr 的區(qū)別：

　　embstr與raw都使用redisObject和sds保存數(shù)據(jù)，區(qū)別在于，embstr的使用只分配一次內(nèi)存空間（因此redisObject和sds是連續(xù)的），而raw需要分配兩次內(nèi)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(chuàng)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(shù)據(jù)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(nèi)存時，整個redisObject和sds都需要重新分配空間，因此redis中的embstr實現(xiàn)為只讀。

ps：Redis中對于浮點數(shù)類型也是作為字符串保存的，在需要的時候再將其轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)類型。

②、編碼的轉(zhuǎn)換

當(dāng) int 編碼保存的值不再是整數(shù)，或大小超過了long的范圍時，自動轉(zhuǎn)化為raw。

對于 embstr 編碼，由于 Redis 沒有對其編寫任何的修改程序（embstr 是只讀的），在對embstr對象進(jìn)行修改時，都會先轉(zhuǎn)化為raw再進(jìn)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(dá)到了44個字節(jié)。

3、列表對象

list 列表，它是簡單的字符串列表，按照插入順序排序，你可以添加一個元素到列表的頭部（左邊）或者尾部（右邊），它的底層實際上是個鏈表結(jié)構(gòu)。

①、編碼

列表對象的編碼可以是 ziplist(壓縮列表) 和 linkedlist(雙端鏈表)。 關(guān)于鏈表和壓縮列表的特性可以看我前面的這篇博客。

比如我們執(zhí)行以下命令，創(chuàng)建一個 key = ‘numbers’，value = ‘1 three 5’ 的三個值的列表。

rpush numbers 1 "three" 5

ziplist 編碼表示如下：

　　linkedlist表示如下：

②、編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)同時滿足下面兩個條件時，使用ziplist（壓縮列表）編碼：

1、列表保存元素個數(shù)小于512個

2、每個元素長度小于64字節(jié)

不能滿足這兩個條件的時候使用 linkedlist 編碼。

上面兩個條件可以在redis.conf 配置文件中的 list-max-ziplist-value選項和 list-max-ziplist-entries 選項進(jìn)行配置。

4、哈希對象

哈希對象的鍵是一個字符串類型，值是一個鍵值對集合。

①、編碼

哈希對象的編碼可以是 ziplist 或者 hashtable。

當(dāng)使用ziplist，也就是壓縮列表作為底層實現(xiàn)時，新增的鍵值對是保存到壓縮列表的表尾。比如執(zhí)行以下命令:

hset profile name "Tom" hset profile age 25 hset profile career "Programmer"

如果使用ziplist，profile 存儲如下：

　　當(dāng)使用 hashtable 編碼時，上面命令存儲如下：

　　hashtable 編碼的哈希表對象底層使用字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，哈希對象中的每個鍵值對都使用一個字典鍵值對。

在前面介紹壓縮列表時，我們介紹過壓縮列表是Redis為了節(jié)省內(nèi)存而開發(fā)的，是由一系列特殊編碼的連續(xù)內(nèi)存塊組成的順序型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，相對于字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，壓縮列表用于元素個數(shù)少、元素長度小的場景。其優(yōu)勢在于集中存儲，節(jié)省空間。

②、編碼轉(zhuǎn)換

和上面列表對象使用 ziplist 編碼一樣，當(dāng)同時滿足下面兩個條件時，使用ziplist（壓縮列表）編碼：

1、列表保存元素個數(shù)小于512個

2、每個元素長度小于64字節(jié)

不能滿足這兩個條件的時候使用 hashtable 編碼。第一個條件可以通過配置文件中的 set-max-intset-entries 進(jìn)行修改。

5、集合對象

集合對象 set 是 string 類型（整數(shù)也會轉(zhuǎn)換成string類型進(jìn)行存儲）的無序集合。注意集合和列表的區(qū)別：集合中的元素是無序的，因此不能通過索引來操作元素；集合中的元素不能有重復(fù)。

①、編碼

集合對象的編碼可以是 intset 或者 hashtable。

intset 編碼的集合對象使用整數(shù)集合作為底層實現(xiàn)，集合對象包含的所有元素都被保存在整數(shù)集合中。

hashtable 編碼的集合對象使用 字典作為底層實現(xiàn)，字典的每個鍵都是一個字符串對象，這里的每個字符串對象就是一個集合中的元素，而字典的值則全部設(shè)置為 null。這里可以類比Java集合中HashSet 集合的實現(xiàn)，HashSet 集合是由 HashMap 來實現(xiàn)的，集合中的元素就是 HashMap 的key，而 HashMap 的值都設(shè)為 null。

SADD numbers 1 3 5

SADD Dfruits "apple" "banana" "cherry"

②、編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)集合同時滿足以下兩個條件時，使用 intset 編碼：

1、集合對象中所有元素都是整數(shù)

2、集合對象所有元素數(shù)量不超過512

不能滿足這兩個條件的就使用 hashtable 編碼。第二個條件可以通過配置文件的 set-max-intset-entries 進(jìn)行配置。

6、有序集合對象

和上面的集合對象相比，有序集合對象是有序的。與列表使用索引下標(biāo)作為排序依據(jù)不同，有序集合為每個元素設(shè)置一個分?jǐn)?shù)（score）作為排序依據(jù)。

①、編碼

有序集合的編碼可以是 ziplist 或者 skiplist。

ziplist 編碼的有序集合對象使用壓縮列表作為底層實現(xiàn)，每個集合元素使用兩個緊挨在一起的壓縮列表節(jié)點來保存，第一個節(jié)點保存元素的成員，第二個節(jié)點保存元素的分值。并且壓縮列表內(nèi)的集合元素按分值從小到大的順序進(jìn)行排列，小的放置在靠近表頭的位置，大的放置在靠近表尾的位置。

ZADD price 8.5 apple 5.0 banana 6.0 cherry

　　skiplist 編碼的有序集合對象使用 zet 結(jié)構(gòu)作為底層實現(xiàn)，一個 zset 結(jié)構(gòu)同時包含一個字典和一個跳躍表：

typedef struct zset{//跳躍表zskiplist *zsl;//字典dict *dice; } zset;

字典的鍵保存元素的值，字典的值則保存元素的分值；跳躍表節(jié)點的 object 屬性保存元素的成員，跳躍表節(jié)點的 score 屬性保存元素的分值。

這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會通過指針來共享相同元素的成員和分值，所以不會產(chǎn)生重復(fù)成員和分值，造成內(nèi)存的浪費。

說明：其實有序集合單獨使用字典或跳躍表其中一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以實現(xiàn)，但是這里使用兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組合起來，原因是假如我們單獨使用 字典，雖然能以 O(1) 的時間復(fù)雜度查找成員的分值，但是因為字典是以無序的方式來保存集合元素，所以每次進(jìn)行范圍操作的時候都要進(jìn)行排序；假如我們單獨使用跳躍表來實現(xiàn)，雖然能執(zhí)行范圍操作，但是查找操作有 O(1)的復(fù)雜度變?yōu)榱薕(logN)。因此Redis使用了兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來共同實現(xiàn)有序集合。

②、編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)有序集合對象同時滿足以下兩個條件時，對象使用 ziplist 編碼：

1、保存的元素數(shù)量小于128；

2、保存的所有元素長度都小于64字節(jié)。

不能滿足上面兩個條件的使用 skiplist 編碼。以上兩個條件也可以通過Redis配置文件zset-max-ziplist-entries 選項和 zset-max-ziplist-value 進(jìn)行修改。

7、五大數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用場景

對于string 數(shù)據(jù)類型，因為string 類型是二進(jìn)制安全的，可以用來存放圖片，視頻等內(nèi)容，另外由于Redis的高性能讀寫功能，而string類型的value也可以是數(shù)字，可以用作計數(shù)器（INCR,DECR），比如分布式環(huán)境中統(tǒng)計系統(tǒng)的在線人數(shù)，秒殺等。

對于 hash 數(shù)據(jù)類型，value 存放的是鍵值對，比如可以做單點登錄存放用戶信息。

對于 list 數(shù)據(jù)類型，可以實現(xiàn)簡單的消息隊列，另外可以利用lrange命令，做基于redis的分頁功能

對于 set 數(shù)據(jù)類型，由于底層是字典實現(xiàn)的，查找元素特別快，另外set 數(shù)據(jù)類型不允許重復(fù)，利用這兩個特性我們可以進(jìn)行全局去重，比如在用戶注冊模塊，判斷用戶名是否注冊；另外就是利用交集、并集、差集等操作，可以計算共同喜好，全部的喜好，自己獨有的喜好等功能。

對于 zset 數(shù)據(jù)類型，有序的集合，可以做范圍查找，排行榜應(yīng)用，取 TOP N 操作等。

8、內(nèi)存回收和內(nèi)存共享

①、內(nèi)存回收 　　前面講 Redis 的每個對象都是由 redisObject 結(jié)構(gòu)表示：

typedef struct redisObject{//類型unsigned type:4;//編碼unsigned encoding:4;//指向底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針void *ptr;//引用計數(shù)int refcount;//記錄最后一次被程序訪問的時間unsigned lru:22;}robj

其中關(guān)鍵的 type屬性，encoding 屬性和 ptr 指針都介紹過了，那么 refcount 屬性是干什么的呢？

因為 C 語言不具備自動回收內(nèi)存功能，那么該如何回收內(nèi)存呢？于是 Redis自己構(gòu)建了一個內(nèi)存回收機(jī)制，通過在 redisObject 結(jié)構(gòu)中的 refcount 屬性實現(xiàn)。這個屬性會隨著對象的使用狀態(tài)而不斷變化：

1、創(chuàng)建一個新對象，屬性 refcount 初始化為1

2、對象被一個新程序使用，屬性 refcount 加 1

3、對象不再被一個程序使用，屬性 refcount 減 1

4、當(dāng)對象的引用計數(shù)值變?yōu)?0 時，對象所占用的內(nèi)存就會被釋放。

在 Redis 中通過如下 API 來實現(xiàn)：

　　學(xué)過Java的應(yīng)該知道，引用計數(shù)的內(nèi)存回收機(jī)制其實是不被Java采用的，因為不能克服循環(huán)引用的例子（比如 A 具有 B 的引用，B 具有 C 的引用，C 具有 A 的引用，除此之外，這三個對象沒有任何用處了），這時候 A B C 三個對象會一直駐留在內(nèi)存中，造成內(nèi)存泄露。那么 Redis 既然采用引用計數(shù)的垃圾回收機(jī)制，如何解決這個問題呢？

在前面介紹 redis.conf 配置文件時，在 MEMORY MANAGEMENT 下有個 maxmemory-policy 配置：

maxmemory-policy ：當(dāng)內(nèi)存使用達(dá)到最大值時，redis使用的清楚策略。有以下幾種可以選擇：

1）volatile-lru 利用LRU算法移除設(shè)置過過期時間的key (LRU:最近使用 Least Recently Used )

2）allkeys-lru 利用LRU算法移除任何key

3）volatile-random 移除設(shè)置過過期時間的隨機(jī)key

4）allkeys-random 移除隨機(jī)key

5）volatile-ttl 移除即將過期的key(minor TTL)

6）noeviction noeviction 不移除任何key，只是返回一個寫錯誤 ，默認(rèn)選項

通過這種配置，也可以對內(nèi)存進(jìn)行回收。 ②、內(nèi)存共享 　　refcount 屬性除了能實現(xiàn)內(nèi)存回收以外，還能用于內(nèi)存共享。

比如通過如下命令 set k1 100,創(chuàng)建一個鍵為 k1，值為100的字符串對象，接著通過如下命令 set k2 100 ，創(chuàng)建一個鍵為 k2，值為100 的字符串對象，那么 Redis 是如何做的呢？

1、將數(shù)據(jù)庫鍵的值指針指向一個現(xiàn)有值的對象

2、將被共享的值對象引用refcount 加 1

　　注意：Redis的共享對象目前只支持整數(shù)值的字符串對象。之所以如此，實際上是對內(nèi)存和CPU（時間）的平衡：共享對象雖然會降低內(nèi)存消耗，但是判斷兩個對象是否相等卻需要消耗額外的時間。對于整數(shù)值，判斷操作復(fù)雜度為O(1)；對于普通字符串，判斷復(fù)雜度為O(n)；而對于哈希、列表、集合和有序集合，判斷的復(fù)雜度為O(n^2)。

雖然共享對象只能是整數(shù)值的字符串對象，但是5種類型都可能使用共享對象（如哈希、列表等的元素可以使用）。

9、對象的空轉(zhuǎn)時長

在 redisObject 結(jié)構(gòu)中，前面介紹了 type、encoding、ptr 和 refcount 屬性，最后一個 lru 屬性，該屬性記錄了對象最后一次被命令程序訪問的時間。

使用 OBJECT IDLETIME 命令可以打印給定鍵的空轉(zhuǎn)時長，通過將當(dāng)前時間減去值對象的 lru 時間計算得到。

　　lru 屬性除了計算空轉(zhuǎn)時長以外，還可以配合前面內(nèi)存回收配置使用。如果Redis打開了maxmemory選項，且內(nèi)存回收算法選擇的是volatile-lru或allkeys—lru，那么當(dāng)Redis內(nèi)存占用超過maxmemory指定的值時，Redis會優(yōu)先選擇空轉(zhuǎn)時間最長的對象進(jìn)行釋放。

參考文章：《Redis設(shè)計與實現(xiàn)》

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的配置文件存int类型_Redis详解（五）------ redis的五大数据类型实现原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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