1、簡(jiǎn)介

Redis的五大數(shù)據(jù)類型也稱五大數(shù)據(jù)對(duì)象；前面介紹過(guò)6大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis并沒(méi)有直接使用這些結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵值對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，而是使用這些結(jié)構(gòu)構(gòu)建了一個(gè)對(duì)象系統(tǒng)redisObject；這個(gè)對(duì)象系統(tǒng)包含了五大數(shù)據(jù)對(duì)象，字符串對(duì)象(string)、列表對(duì)象(list)、哈希對(duì)象(hash)、集合(set)對(duì)象和有序集合對(duì)象(zset)；而這五大對(duì)象的底層數(shù)據(jù)編碼可以用命令OBJECT ENCODING來(lái)進(jìn)行查看。

redisObject結(jié)構(gòu)

1 typedef structredisObject {2 //類型

3 unsigned type:4;4 //編碼

5 unsigned encoding:4;6 //指向底層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針

7 void *ptr;8 //...

9 } robj;

redis是以鍵值對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，所以對(duì)象又分為鍵對(duì)象和值對(duì)象，即存儲(chǔ)一個(gè)key-value鍵值對(duì)會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)對(duì)象，鍵對(duì)象和值對(duì)象。

鍵對(duì)象總是一個(gè)字符串對(duì)象，而值對(duì)象可以是五大對(duì)象中的任意一種。

type屬性存儲(chǔ)的是對(duì)象的類型，也就是我們說(shuō)的?string、list、hash、set、zset中的一種，可以使用命令 TYPE key?來(lái)查看。

encoding屬性記錄了隊(duì)形所使用的編碼，即這個(gè)對(duì)象底層使用哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

表中列出了底層編碼常量及對(duì)應(yīng)的OBJECT ENCODING?命令的輸出，前三項(xiàng)都是字符串結(jié)構(gòu)

我們?cè)诖嫒雓ey-value鍵值對(duì)時(shí)并不會(huì)指定對(duì)象的encoding，而是Redis會(huì)根據(jù)不統(tǒng)的使用場(chǎng)景來(lái)為一個(gè)對(duì)象設(shè)置不同的編碼，可以達(dá)到節(jié)約內(nèi)存、加快訪問(wèn)速度等目的。

2、字符串對(duì)象(string)

字符串對(duì)象底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)為簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串(SDS)和直接存儲(chǔ)，但其編碼方式可以是int、raw或者embstr，區(qū)別在于內(nèi)存結(jié)構(gòu)的不同。

(1)int編碼

字符串保存的是整數(shù)值，并且這個(gè)正式可以用long類型來(lái)表示，那么其就會(huì)直接保存在redisObject的ptr屬性里，并將編碼設(shè)置為int，如圖：

(2)raw編碼

字符串保存的大于32字節(jié)的字符串值，則使用簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串(SDS)結(jié)構(gòu)，并將編碼設(shè)置為raw，此時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)與SDS結(jié)構(gòu)一致，內(nèi)存分配次數(shù)為兩次，創(chuàng)建redisObject對(duì)象和sdshdr結(jié)構(gòu)，如圖：

(3)embstr編碼

字符串保存的小于等于32字節(jié)的字符串值，使用的也是簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)字符串(SDS結(jié)構(gòu))，但是內(nèi)存結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化，用于保存頓消的字符串；內(nèi)存分配也只需要一次就可完成，分配一塊連續(xù)的空間即可，如圖：

字符串對(duì)象總結(jié)：

在Redis中，存儲(chǔ)long、double類型的浮點(diǎn)數(shù)是先轉(zhuǎn)換為字符串再進(jìn)行存儲(chǔ)的。

raw與embstr編碼效果是相同的，不同在于內(nèi)存分配與釋放，raw兩次，embstr一次。

embstr內(nèi)存塊連續(xù)，能更好的利用緩存在來(lái)的優(yōu)勢(shì)

int編碼和embstr編碼如果做追加字符串等操作，滿足條件下會(huì)被轉(zhuǎn)換為raw編碼；embstr編碼的對(duì)象是只讀的，一旦修改會(huì)先轉(zhuǎn)碼到raw。

3、列表對(duì)象(list)

列表對(duì)象的編碼可以是ziplist和linkedlist之一。

(1)?ziplist編碼

ziplist編碼的哈希隨想底層實(shí)現(xiàn)是壓縮列表，每個(gè)壓縮里列表節(jié)點(diǎn)保存了一個(gè)列表元素。

(2)linkedlist編碼

linkedlist編碼底層采用雙端鏈表實(shí)現(xiàn)，每個(gè)雙端鏈表節(jié)點(diǎn)都保存了一個(gè)字符串對(duì)象，在每個(gè)字符串對(duì)象內(nèi)保存了一個(gè)列表元素。

列表對(duì)象編碼轉(zhuǎn)換：

列表對(duì)象使用ziplist編碼需要滿足兩個(gè)條件：一是所有字符串長(zhǎng)度都小于64字節(jié)，二是元素?cái)?shù)量小于512，不滿足任意一個(gè)都會(huì)使用linkedlist編碼。

兩個(gè)條件的數(shù)字可以在Redis的配置文件中修改，list-max-ziplist-value選項(xiàng)和list-max-ziplist-entries選項(xiàng)。

圖中StringObject就是上一節(jié)講到的字符串對(duì)象，字符串對(duì)象是唯一個(gè)在五大對(duì)象中作為嵌套對(duì)象使用的。

4、哈希對(duì)象(hash)

哈希對(duì)象的編碼可以是ziplist和hashtable之一。

(1)ziplist編碼

ziplist編碼的哈希對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)是壓縮列表，在ziplist編碼的哈希對(duì)象中，key-value鍵值對(duì)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(duì)總是向表尾添加。

(2)hashtable編碼

hashtable編碼的哈希對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)是字典，哈希對(duì)象中的每個(gè)key-value對(duì)都使用一個(gè)字典鍵值對(duì)來(lái)保存。

字典鍵值對(duì)即是，字典的鍵和值都是字符串對(duì)象，字典的鍵保存key-value的key，字典的值保存key-value的value。

哈希對(duì)象編碼轉(zhuǎn)換：

哈希對(duì)象使用ziplist編碼需要滿足兩個(gè)條件：一是所有鍵值對(duì)的鍵和值的字符串長(zhǎng)度都小于64字節(jié)；二是鍵值對(duì)數(shù)量小于512個(gè)；不滿足任意一個(gè)都使用hashtable編碼。

以上兩個(gè)條件可以在Reids配置文件中修改hash-max-ziplist-value選項(xiàng)和hash-max-ziplist-entries選項(xiàng)。

5、集合對(duì)象(set)

集合對(duì)象的編碼可以是intset和hashtable之一。

(1)intset編碼

intset編碼的集合對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)是整數(shù)集合，所有元素都保存在整數(shù)集合中。

(2)hashtable編碼

hashtable編碼的集合對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)是字典，字典的每個(gè)鍵都是一個(gè)字符串對(duì)象，保存一個(gè)集合元素，不同的是字典的值都是NULL；可以參考java中的hashset結(jié)構(gòu)。

集合對(duì)象編碼轉(zhuǎn)換：

集合對(duì)象使用intset編碼需要滿足兩個(gè)條件：一是所有元素都是整數(shù)值；二是元素個(gè)數(shù)小于等于512個(gè)；不滿足任意一條都將使用hashtable編碼。

以上第二個(gè)條件可以在Redis配置文件中修改et-max-intset-entries選項(xiàng)。

6、有序集合對(duì)象(zset)

有序集合的編碼可以是ziplist和skiplist之一。

(1)ziplist編碼

ziplist編碼的有序集合對(duì)象底層實(shí)現(xiàn)是壓縮列表，其結(jié)構(gòu)與哈希對(duì)象類似，不同的是兩個(gè)緊密相連的壓縮列表節(jié)點(diǎn)，第一個(gè)保存元素的成員，第二個(gè)保存元素的分值，而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(duì)象底層實(shí)現(xiàn)是跳躍表和字典兩種；

每個(gè)跳躍表節(jié)點(diǎn)都保存一個(gè)集合元素，并按分值從小到大排列；節(jié)點(diǎn)的object屬性保存了元素的成員，score屬性保存分值；

字典的每個(gè)鍵值對(duì)保存一個(gè)集合元素，字典的鍵保存元素的成員，字典的值保存分值。

為何skiplist編碼要同時(shí)使用跳躍表和字典實(shí)現(xiàn)？

跳躍表優(yōu)點(diǎn)是有序，但是查詢分值復(fù)雜度為O(logn)；字典查詢分值復(fù)雜度為O(1) ，但是無(wú)序，所以結(jié)合連個(gè)結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

雖然采用兩個(gè)結(jié)構(gòu)但是集合的元素成員和分值是共享的，兩種結(jié)構(gòu)通過(guò)指針指向同一地址，不會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存。

有序集合編碼轉(zhuǎn)換：

有序集合對(duì)象使用ziplist編碼需要滿足兩個(gè)條件：一是所有元素長(zhǎng)度小于64字節(jié)；二是元素個(gè)數(shù)小于128個(gè)；不滿足任意一條件將使用skiplist編碼。

以上兩個(gè)條件可以在Redis配置文件中修改zset-max-ziplist-entries選項(xiàng)和zset-max-ziplist-value選項(xiàng)。

7、總結(jié)

在Redis的五大數(shù)據(jù)對(duì)象中，string對(duì)象是唯一個(gè)可以被其他四種數(shù)據(jù)對(duì)象作為內(nèi)嵌對(duì)象的；

列表(list)、哈希(hash)、集合(set)、有序集合(zset)底層實(shí)現(xiàn)都用到了壓縮列表結(jié)構(gòu)，并且使用壓縮列表結(jié)構(gòu)的條件都是在元素個(gè)數(shù)比較少、字節(jié)長(zhǎng)度較短的情況下；

四種數(shù)據(jù)對(duì)象使用壓縮列表的優(yōu)點(diǎn)：

(1)節(jié)約內(nèi)存，減少內(nèi)存開(kāi)銷，Redis是內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫(kù)，所以一定情況下減少內(nèi)存開(kāi)銷是非常有必要的。

(2)減少內(nèi)存碎片，壓縮列表的內(nèi)存塊是連續(xù)的，并分配內(nèi)存的次數(shù)一次即可。

(3)壓縮列表的新增、刪除、查找操作的平均時(shí)間復(fù)雜度是O(N)，在N再一定的范圍內(nèi)，這個(gè)時(shí)間幾乎是可以忽略的，并且N的上限值是可以配置的。

(4)四種數(shù)據(jù)對(duì)象都有兩種編碼結(jié)構(gòu)，靈活性增加。

參考：

《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》黃健宏著，網(wǎng)上對(duì)Redis的詳解等

此博客為筆者使用redis很久之后，參考網(wǎng)絡(luò)上各類文章總結(jié)性書寫，原創(chuàng)手打，如有錯(cuò)誤歡迎指正。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的redis的zset的底层实现_Redis（三）--- Redis的五大数据类型的底层实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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