《Redis设计与实现》读书笔记（七） ——Redis对象综述及字符串对象实现原理

《Redis设计与实现》读书笔记（七） ——Redis对象综述及字符串对象实现原理

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一、概述

redis不是直接的利用简单动态字符串、双端链表、字典、压缩列表、整数集合、跳跃表等，而是基于这些数据结构构建了一个对象系统，这个系统里面包含了字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象、有序集合对象（即redis的五种客户端可直接使用的数据结构）。

通过这五种对象，redis在执行命令前，会判断对象是否可以执行命令。针对不同的场景（数据量、数据类型），redis可以给对象用不同的数据结构实现，达到最优化。

另外，redis基于引用计数的内存回收机制，当不再需要对象时，自动释放相应内存；还通过引用计数实现对象的共享。

redis对象还带有访问时间信息，该信息可以计算数据库键的空转时长，在服务器启用memory功能的情况下，空转时长大的，内存不足时会优先被回收。

二、对象类型和编码

redis用对象存储键值对，因此每当创建一个键值对，至少会创建两个对象，一个是键对象，一个是值对象。

例如set msg ‘a’，创建了一个msg的键对象，一个a的值对象。

1、对象数据结构

redis的每个对象都是由redisObject结构表示，该结构中，和保存数据相关的属性如下：

typedef structredisObject{
unsigned type:4;
unsigned encoding:4;
void *ptr;
}robj;

其中type是对象类型，encoding是对象编码方式，ptr是指向底层数据结构的指针。

2、对象类型

其中，在客户端对键使用type命令，返回的结果是键对应的值的类型。所有的键都是字符串对象。

例如，rpush numbers 1 23 4 5; type numbers;结果是输出list，而不是string。

3、编码

ptr指针指向对象底层的数据结构，具体是哪种结构，由encoding属性决定。

每种redis至少两种不同的编码：

1）string对象有整数值实现（int）、embstr编码的简单动态字符串（embstr）、普通简单动态字符串（raw）三种编码方式；

2）list对象有压缩列表（ziplist）、双端列表（linkedlist）两种实现方式；

3）hash对象有压缩列表、字典（hashtable）两种实现方式；

4）set对象有整数集合（intset）、字典两种实现方式；

5）zset对象有压缩列表、跳跃表（skiplist）+字典两种实现方式（zset就是sorted set）。

在redis客户端，用object encoding命令，可以看到键对应的值的编码方式。

给每种对象设置2种编码方式，极大提升了redis的灵活性和效率，根据不同的场景，可以使用不同的编码方式，从而优化特定情况下的效率。例如压缩列表，其使用的内存较少，且内存连续；但是当数据量大的时候，这些优势就消失，就要用其他的方式。

三、字符串对象

字符串对象的编码方式可以是int、embstr、raw三种。

1、保存方式

1）int

当字符串对象保存的是整数（只有整数，不含浮点数），并可以用long类型表示，则对象会将整数值直接保存在字符串对象*ptr属性，并且把void*类型改成long。这是唯一一种ptr属性直接保存值的情况，其他情况下ptr都是指向某个地址。

如下图所示：

2）raw

如果字符串对象保存的是字符串类型的值，并且大于32字节，就会使用简单动态字符串（sds）类型。ptr指针指向该简单动态字符串类型的地址。

如下图所示：

3）embstr

如果字符串对象保存的是字符串类型的值，并且小于或等于32字节，就会使用embstr编码方式来保存该值。ptr指针指向该类型的地址。

embstr是专门用于保存短字符串编码的优化编码方式，这种编码方式和sds一样，会用redisObject结构和sdshdr结构表示字符串对象。普通的sds会调用两次内存分配，分别创建这两种结构，而embstr会一次调用内存分配一块连续的内存空间。

这样的好处在于：

创建字符串对象所需的内存分配次数由两次降为1次；释放内存也只要1次释放；由于内存连续，因此更好利用缓存的优势。

保存结构如下图所示：

特别要说明的是，浮点数在redis的字符串对象中，也是当做字符串来保存的。保存之前会先将浮点数转成字符串进行存储，而取出后会转回成浮点数，再次存储时仍会转成字符串进行存储。

2、编码转换

当对现有的字符串对象进行操作，重新赋值以后，如果新的值不满足原来的类型，如原来int后面变成string，则编码方式会转换。

另外，由于redis的embstr编码方式没有任何修改的程序，因此embstr可以认为是只读的。因此，当embstr编码的对象进行任何的修改命令，都会将embstr编码转为raw编码（即使修改没有使string的字节超过32字节）。

3、字符串命令实现

因为字符串键对应的值是字符串对象，因此所有的命令都是针对字符串对象来构建的。字符串各类命令的实现如下图所示：

——written by linhxx 2017.08.31