關(guān)于Redis數(shù)據(jù)存儲的細(xì)節(jié)，涉及到內(nèi)存分配器（如jemalloc）、簡單動態(tài)字符串（SDS）、5種對象類型及內(nèi)部編碼、redisObject
這里將說明這幾個概念之間的關(guān)系。

下圖是執(zhí)行set hello world時，所涉及到的數(shù)據(jù)模型：

數(shù)據(jù)模型

1. dictEntry：Redis是Key-Value數(shù)據(jù)庫，因此對每個鍵值對都會有一個dictEntry，里面存儲了指向Key和Value的指針；next指向下一個dictEntry，與本Key-Value無關(guān)。
2. Key：圖中右上角可見，Key（”hello”）并不是直接以字符串存儲，而是存儲在SDS結(jié)構(gòu)中。
3. redisObject：Value(“world”) 既不是直接以字符串存儲，也不是像Key一樣直接存儲在SDS中，而是存儲在redisObject中。實際上，不論Value是5種類型的哪一種，都是通過redisObject來存儲的；而redisObject中的type字段指明了Value對象的類型，ptr字段則指向?qū)ο笏诘牡刂?。不過可以看出，字符串對象雖然經(jīng)過了redisObject的包裝，但仍然需要通過SDS存儲。實際上，redisObject除了type和ptr字段以外，還有其他字段圖中沒有給出，如用于指定對象內(nèi)部編碼的字段
4. jemalloc：無論是DictEntry對象，還是redisObject、SDS對象，都需要內(nèi)存分配器（如jemalloc）分配內(nèi)存進(jìn)行存儲。以DictEntry對象為例，有3個指針組成，在64位機(jī)器下占24個字節(jié)，jemalloc會為它分配32字節(jié)大小的內(nèi)存單元。

SDS--簡單動態(tài)字符串

• (1) SDS結(jié)構(gòu)

struct sdsstr{
    // buf已使用的長度
    int len;
    // 示buf未使用的長度
    int free;
    // 字節(jié)數(shù)組，用來存儲字符串
    char buf[];
};

sds

通過SDS的結(jié)構(gòu)可以看出，buf數(shù)組的長度=free+len+1（其中1表示字符串結(jié)尾的空字符）
所以，一個SDS結(jié)構(gòu)占據(jù)的空間為：free所占長度+len所占長度+ buf數(shù)組的長度=4+4+free+len+1=free+len+9

• (2) SDS與C字符串的比較
  SDS在C字符串的基礎(chǔ)上加入了free和len字段，帶來了很多好處：

1. 獲取字符串長度：SDS是O(1)，C字符串是O(n)
2. 緩沖區(qū)溢出：使用C字符串的API時，如果字符串長度增加（如strcat操作）而忘記重新分配內(nèi)存，很容易造成緩沖區(qū)的溢出；而SDS由于記錄了長度，相應(yīng)的API在可能造成緩沖區(qū)溢出時會自動重新分配內(nèi)存，杜絕了緩沖區(qū)溢出。
3. 修改字符串時內(nèi)存的重分配：對于C字符串，如果要修改字符串，必須要重新分配內(nèi)存（先釋放再申請），因為如果沒有重新分配，字符串長度增大時會造成內(nèi)存緩沖區(qū)溢出，字符串長度減小時會造成內(nèi)存泄露。而對于SDS，由于可以記錄len和free，因此解除了字符串長度和空間數(shù)組長度之間的關(guān)聯(lián)，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化：空間預(yù)分配策略（即分配內(nèi)存時比實際需要的多）使得字符串長度增大時重新分配內(nèi)存的概率大大減??；惰性空間釋放策略使得字符串長度減小時重新分配內(nèi)存的概率大大減小。
4. 存取二進(jìn)制數(shù)據(jù)：SDS可以，C字符串不可以。因為C字符串以空字符作為字符串結(jié)束的標(biāo)識，而對于一些二進(jìn)制文件（如圖片等），內(nèi)容可能包括空字符串，因此C字符串無法正確存??；而SDS以字符串長度len來作為字符串結(jié)束標(biāo)識，因此沒有這個問題。

此外，由于SDS中的buf仍然使用了C字符串（即以’\0’結(jié)尾），因此SDS可以使用C字符串庫中的部分函數(shù)；但是需要注意的是，只有當(dāng)SDS用來存儲文本數(shù)據(jù)時才可以這樣使用，在存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)時則不行（’\0’不一定是結(jié)尾）

• (3) SDS與C字符串的應(yīng)用
  Redis在存儲對象時，一律使用SDS代替C字符串。

例如set hello world命令，hello和world都是以SDS的形式存儲的。
而sadd myset member1 member2 member3命令，不論是鍵（”myset”），還是集合中的元素 （”member1”、 ”member2”和”member3”），都是以SDS的形式存儲。 除了存儲對象，SDS還用于存儲各種緩沖區(qū)。
只有在字符串不會改變的情況下，如打印日志時，才會使用C字符串。

jemalloc

Redis在編譯時便會指定內(nèi)存分配器；內(nèi)存分配器可以是 libc 、jemalloc或者tcmalloc，默認(rèn)是 jemalloc。

jemalloc作為Redis的默認(rèn)內(nèi)存分配器，在減小內(nèi)存碎片方面做的相對比較好。jemalloc在64位系統(tǒng)中，將內(nèi)存空間劃分為小、大、巨大三個范圍；每個范圍內(nèi)又劃分了許多小的內(nèi)存塊單位；當(dāng)Redis存儲數(shù)據(jù)時，會選擇大小最合適的內(nèi)存塊進(jìn)行存儲。

jemalloc劃分的內(nèi)存單元如下圖所示：

例如，如果需要存儲大小為130

這里是引用字節(jié)的對象，jemalloc會將其放入160字節(jié)的內(nèi)存單元中

redisObject

Redis對象有

5種類型；無論是哪種類型，Redis都不會直接存儲，而是通過redisObject對象進(jìn)行存儲。

redisObject對象非常重要，Redis對象的類型、內(nèi)部編碼、內(nèi)存回收、共享對象等功能，都需要redisObject支持，下面將通過redisObject的結(jié)構(gòu)來說明它是如何起作用的。
redisObject的定義如下（列出了與保存數(shù)據(jù)有關(guān)的三個屬性）：

typedef struct redisObject{
    unsigned type: 4;
    unsigned encoding: 4;
    unsigned lru: REDIS_LRU_BITS;
    int refcount;
    void *ptr;
} robj

• (1) type
  type字段表示對象的類型，占4個比特；
  目前包括REDIS_STRING(字符串)、REDIS_LIST (列表)、REDIS_HASH(哈希)、REDIS_SET(集合)、REDIS_ZSET(有序集合)。
  當(dāng)我們執(zhí)行type命令時，便是通過讀取RedisObject的type字段獲得對象的類型；

127.0.0.1:6379> set test hello_redis
OK
127.0.0.1:6379> type test
string

127.0.0.1:6379> sadd myset member1 member2 member3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> type myset
set

• (2) encoding
  encoding表示對象的內(nèi)部編碼，占4個比特。
  對于Redis支持的每種類型，都有至少兩種內(nèi)部編碼，例如對于字符串，有int、embstr、raw三種編碼。
  通過encoding屬性，Redis可以根據(jù)不同的使用場景來為對象設(shè)置不同的編碼，大大提高了Redis的靈活性和效率。

以列表對象為例，有壓縮列表和雙端鏈表兩種編碼方式；如果列表中的元素較少，Redis傾向于使用壓縮列表進(jìn)行存儲，因為壓縮列表占用內(nèi)存更少，而且比雙端鏈表可以更快載入；當(dāng)列表對象元素較多時，壓縮列表就會轉(zhuǎn)化為更適合存儲大量元素的雙端鏈表。

通過object encoding命令，可以查看對象采用的編碼方式：

127.0.0.1:6379> set key1 123
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key1
"int"
127.0.0.1:6379> set key1 helloredis
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key1
"embstr"

• (3) lru
  lru記錄的是對象最后一次被命令程序訪問的時間，占據(jù)的比特數(shù)不同的版本有所不同（如4.0版本占24bit，2.6版本占22bit）
  通過對比lru時間與當(dāng)前時間，可以計算某個對象的閑置時間；object idletime命令可以顯示該閑置時間（單位是秒）。object idletime命令的一個特殊之處在于它不改變對象的lru值。

127.0.0.1:6379> set key1 helloredis
OK
127.0.0.1:6379> object idletime key1
(integer) 13
127.0.0.1:6379> object idletime key1
(integer) 37
127.0.0.1:6379> object idletime key1
(integer) 40
127.0.0.1:6379> object idletime key1
(integer) 43

lru值除了通過object idletime命令打印之外，還與Redis的內(nèi)存回收有關(guān)系：
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。

• (4) refcount

refcount與共享對象
refcount記錄的是該對象被引用的次數(shù)，類型為整型。refcount的作用，主要在于對象的引用計數(shù)和內(nèi)存回收。當(dāng)創(chuàng)建新對象時，refcount初始化為1；當(dāng)有新程序使用該對象時，refcount加1；當(dāng)對象不再被一個新程序使用時，refcount減1；當(dāng)refcount變?yōu)?時，對象占用的內(nèi)存會被釋放。
Redis中被多次使用的對象(refcount>1)，稱為共享對象。 Redis為了節(jié)省內(nèi)存，當(dāng)有一些對象重復(fù)出現(xiàn)時，新的程序不會創(chuàng)建新的對象，而是仍然使用原來的對象。這個被重復(fù)使用的對象，就是共享對象。目前共享對象僅支持整數(shù)值的字符串對象。

共享對象的具體實現(xiàn)
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）。
就目前的實現(xiàn)來說，Redis服務(wù)器在初始化時，會創(chuàng)建10000個字符串對象，值分別是0 ~ 9999的整數(shù)值；當(dāng)Redis需要使用值為0 ~ 9999的字符串對象時，可以直接使用這些共享對象。10000這個數(shù)字可以通過調(diào)整參數(shù)REDIS_SHARED_INTEGERS（4.0中是OBJ_SHARED_INTEGERS）的值進(jìn)行改變。共享對象的引用次數(shù)可以通過object refcount命令查看，如下圖所示。命令執(zhí)行的結(jié)果頁佐證了只有0~9999之間的整數(shù)會作為共享對象。

127.0.0.1:6379> set k1 9999
OK
127.0.0.1:6379> set k2 9999
OK
127.0.0.1:6379> set k3 9999
OK
127.0.0.1:6379> object refcount k1
(integer) 2147483647

127.0.0.1:6379> set k1 10000
OK
127.0.0.1:6379> set k2 10000
OK
127.0.0.1:6379> set k3 10000
OK
127.0.0.1:6379> object refcount k1
(integer) 1

127.0.0.1:6379> set k1 hello
OK
127.0.0.1:6379> set k2 hello
OK
127.0.0.1:6379> set k3 hello
OK
127.0.0.1:6379> object refcount k1
(integer) 1

• (5) ptr

ptr指針指向具體的數(shù)據(jù)，如前面的例子中，set hello world，ptr指向包含字符串world的SDS。

綜上所述，redisObject的結(jié)構(gòu)與對象類型、編碼、內(nèi)存回收、共享對象都有關(guān)系；一個redisObject對象的大小為16字節(jié)：

4bit+4bit+24bit+4Byte+8Byte=16Byte