知識點(diǎn)

• redis數(shù)據(jù)庫中的每一個(gè)鍵值對的鍵和值都是一個(gè)對象
• redis共有字符串、列表、哈希、集合、有序集合五種類型的對象，每種類型的對象至少都有兩種或以上的編碼方式，不同編碼可以在不同的使用場景上優(yōu)化對象的使用效率
• redis在執(zhí)行命令之前，會先檢查給定鍵的類型是否能執(zhí)行指定命令，而檢查一個(gè)鍵的類型就是檢查鍵的值對象的類型
• redis的對象系統(tǒng)帶有引用計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存回收機(jī)制，當(dāng)一個(gè)對象不再被使用時(shí)，該對象所占用的內(nèi)存就會被自動釋放
• redis會共享值為0-9999的字符串對象
• 對象會記錄自己的最后一次被訪問的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可以用于計(jì)算對象的空轉(zhuǎn)時(shí)間。

結(jié)構(gòu)體

typedef struct redisObject {  
    // 類型  
    unsigned type:4;          
    // 不使用(對齊位)  
    unsigned notused:2;  
    // 編碼方式  
    unsigned encoding:4;  
    // LRU 時(shí)間（相對于 server.lruclock）  
    unsigned lru:22;  
    // 引用計(jì)數(shù)  
    int refcount;  
    // 指向?qū)ο蟮闹? 
    void *ptr;  
} robj;

• 編碼常量 編碼所對應(yīng)的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
  REDIS_ENCODING_INT —— long 類型的整數(shù)
  REDIS_ENCODING_EMBSTR —— embstr 編碼的簡單動態(tài)字符串（SDS）
  REDIS_ENCODING_RAW ——簡單動態(tài)字符串
  REDIS_ENCODING_HT ——字典
  REDIS_ENCODING_LINKEDLIST ——雙端鏈表
  REDIS_ENCODING_ZIPLIST ——壓縮列表
  REDIS_ENCODING_INTSET—— 整數(shù)集合
  REDIS_ENCODING_SKIPLIST ——跳躍表

字符串對象

字符串對象的編碼可以是int、raw或者embstr。
如果一個(gè)字符串的內(nèi)容可以轉(zhuǎn)換為long，那么該字符串就會被轉(zhuǎn)換成為long類型，對象的ptr就會指向該long，并且編碼類型也用int類型表示。
普通的字符串有兩種，embstr和raw。embstr編碼是由redIsObject和sdshdr組成，sdshdr結(jié)構(gòu)體如下

struct sdshdr {
    unsigned int len;
    unsigned int free;
    char buf[];
}

redIsObject占用16字節(jié)，如果buf長度是39個(gè)字節(jié)，那么sdshdr就是8+39+1=48個(gè)字節(jié)，那么embstr就是64字節(jié)，而redis采用的是jemalloc內(nèi)存分配器，可以分配8,16,32,64字節(jié)等大小的內(nèi)存，而sdshdr最小分配8+8+1=17字節(jié)，那么embstr最小就是33字節(jié)，需要分配64字節(jié)。所以對于redis來說小于等于39字節(jié)的字符串采用embstr編碼，大于則用raw編碼。

• embstr好處：
  1.embstr的創(chuàng)建只需分配一次內(nèi)存，而raw為兩次（一次為sds分配對象，另一次為objet分配對象，embstr省去了第一次，直接分配一塊連續(xù)的內(nèi)存）。
  相對地，釋放內(nèi)存的次數(shù)也由兩次變?yōu)橐淮巍?br> 2.embstr的objet和sds放在一起，更好地利用緩存帶來的優(yōu)勢。
  3.釋放embstr編碼的字符串對象只需要調(diào)用一次內(nèi)存釋放函數(shù)，而釋放raw編碼的字符串對象需要條用兩次內(nèi)存釋放函數(shù)
  4.因?yàn)閑mbstr編碼的字符串對象的所有數(shù)據(jù)都保存在一塊連續(xù)的內(nèi)存里面，所有這種編碼的字符串對象比起raw編碼的字符串對象能夠更好的利用緩存帶來的優(yōu)勢。
  需要注意的是，redis并未提供任何修改embstr的方式，即embstr是只讀的形式。對embstr的修改實(shí)際上是先轉(zhuǎn)換為raw再進(jìn)行修改。

列表對象

• 列表對象的編碼可以是ziplist或者linkedlist。

ziplist是一種壓縮鏈表，它的好處是更能節(jié)省內(nèi)存空間，因?yàn)樗鎯Φ膬?nèi)容都是在連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域當(dāng)中的。當(dāng)列表對象元素不大，每個(gè)元素也不大的時(shí)候，就采用ziplist存儲。但當(dāng)數(shù)據(jù)量過大時(shí)就ziplist就不是那么好用了。因?yàn)闉榱吮ＷC他存儲內(nèi)容在內(nèi)存中的連續(xù)性，插入的復(fù)雜度是O(N)，即每次插入都會重新進(jìn)行realloc。

另一方面，linkedlist編碼的列表對象使用雙端鏈表作為底層實(shí)現(xiàn)，每個(gè)雙端鏈表節(jié)點(diǎn)Node都保存了一個(gè)字符串對象，而每個(gè)字符串對象都保存了一個(gè)列表元素

編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)列表對象可以同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，列表對象使用ziplist編碼
1.列表對象保存的所有字符串元素的長度都小于64字節(jié)
2.列表對象保存的元素?cái)?shù)量小于512個(gè)，不能滿足這兩個(gè)條件的列表對象需要使用linkedlist編碼

哈希對象

• 哈希對象的底層實(shí)現(xiàn)可以是ziplist或者h(yuǎn)ashtable。

ziplist中的哈希對象是按照key1,value1,key2,value2這樣的順序存放來存儲的。當(dāng)對象數(shù)目不多且內(nèi)容不大時(shí)，這種方式效率是很高的。

編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)哈希對象可以同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，哈希對象使用ziplist編碼
1.哈希對象保存的所有鍵值對的鍵和值的字符串長度都小于64字節(jié)
2.哈希對象保存的鍵值對數(shù)量小于512個(gè)，不能滿足這兩個(gè)條件的哈希對象需要使用hashtable編碼

集合對象

• 集合對象的編碼可以是intset或者h(yuǎn)ashtable。
  intset是一個(gè)整數(shù)集合，里面存的為某種同一類型的整數(shù)，支持如下三種長度的整數(shù)：

#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))  #define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))  #define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))  

intset是一個(gè)有序集合，查找元素的復(fù)雜度為O(logN)，但插入時(shí)不一定為O(logN)，因?yàn)橛锌赡苌婕暗缴壊僮?。比如?dāng)集合里全是int16_t型的整數(shù)，這時(shí)要插入一個(gè)int32_t，那么為了維持集合中數(shù)據(jù)類型的一致，那么所有的數(shù)據(jù)都會被轉(zhuǎn)換成int32_t類型，涉及到內(nèi)存的重新分配，這時(shí)插入的復(fù)雜度就為O(N)了。是intset不支持降級操作。

編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)集合對象可以同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，集合對象使用intset編碼
1.集合對象保存的所有元素都是整數(shù)值
2.集合對象保存的元素不超過512，不能滿足這兩個(gè)條件的哈希對象需要使用hashtable編碼

有序集合對象

• 有序集合的編碼可能兩種，一種是ziplist，另一種是skiplist
  ziplist作為集合和作為哈希對象是一樣的，member和score順序存放。按照score從小到大順序排列。它的結(jié)構(gòu)不再復(fù)述。
  skiplist是一種跳躍表，它實(shí)現(xiàn)了有序集合中的快速查找，在大多數(shù)情況下它的速度都可以和平衡樹差不多。但它的實(shí)現(xiàn)比較簡單，可以作為平衡樹的替代品。它的結(jié)構(gòu)比較特殊。

編碼轉(zhuǎn)換

1.有序集合保存的元素?cái)?shù)量小于128個(gè)
2.有序集合保存的所有元素成員的長度都小于64字節(jié)
不能滿足以上兩個(gè)條件的有序集合對象將使用skiplist編碼

內(nèi)存回收

redis在自己的對象系統(tǒng)中構(gòu)建一個(gè)引用計(jì)數(shù)（reference counting）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存回收機(jī)制，通過這一機(jī)制，程序可以通過跟蹤對象的引用計(jì)數(shù)信息，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候自動釋放對象并進(jìn)行內(nèi)存回收。

• 對象的引用計(jì)數(shù)信息會隨著對象的使用狀態(tài)而不斷變化
  1.在創(chuàng)建一個(gè)新對象時(shí)，引用計(jì)數(shù)的值會被初始化為-1；
  2.當(dāng)對象被一個(gè)新程序使用時(shí)，它的引用計(jì)數(shù)器會被+1；
  3.當(dāng)對象不再被一個(gè)程序使用時(shí)，它的引用計(jì)數(shù)值會被-1；
  4.當(dāng)對象的引用計(jì)數(shù)值變?yōu)?時(shí)，對象所占用的內(nèi)存會被釋放；

對象共享

假設(shè)鍵A于鍵B都創(chuàng)建了一個(gè)包含整數(shù)100的字符串對象作為值對象時(shí)，redis將會通過讓鍵A和鍵B共享同一個(gè)字符串對象節(jié)約內(nèi)存。

• 在redis中讓多個(gè)鍵共享一個(gè)值對象需要執(zhí)行以下兩個(gè)步驟：
  1.將數(shù)據(jù)庫鍵的值指針指向一個(gè)現(xiàn)有對象；
  2.將被共享的值對象的引用計(jì)數(shù)器增1；

對象空轉(zhuǎn)時(shí)長

redisObject結(jié)構(gòu)包含的最后一個(gè)屬性為lru屬性，該屬性記錄了對象最后一次被命令程序訪問的時(shí)間；
如果redis打開了maxmemory選項(xiàng)，那么當(dāng)redis占用的內(nèi)存數(shù)超過了maxmemory選項(xiàng)所設(shè)置的上限時(shí)，空轉(zhuǎn)時(shí)長較高的那部分鍵會被優(yōu)先被釋放，從而回收內(nèi)存