Redis中String数据类型原理实现

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String 数据模型

首先Redis是KV数据结构,跟JDK中的Map是一样的,Redis是通过hashtable实现的,我们把这个叫做外层的哈希,那么每一个KY就是一个entry,在Redis的源码中,是定义为一个dictEntry。

typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

通过源码 定义了dictEntry对象，对象中存储了一个key，跟一个value，并且还有一个指向了下一个键值对节点的对象。

接着了解key-value的原理，key是一个字符串，在C语言中（Redis是用C语言开发的），是没有字符串这个数据类型的，只有字符类型，而key并没有直接使用了C语言中的字符数组char[]来实现，而是存储在了一个自定义的数据类型-SDS。

value并没有存在SDS中，也不是作为字符串存储，而是存储中一个redisObject中，事实上，redis的五大数据类型的value都是存储在redisObject中。、

SDS

什么是SDS？Redis中字符串的实现，SDS有多种结构：sdshdr5、sdshdr8、sdshdr16、sdshdr32、sdshdr64，用于存储不同长度的字符串，分别代表的是2^5byte、2^8byte、2^16byte、2^32byte、2^64byte。

typedef char *sds;
......
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len;  /* 当前字符数据的长度 */
    uint8_t alloc; /* 当前字符数组总共配的内存大小 */
    unsigned char flags; /* 当前字符数据的属性 (sdshdr5、sdshdr8、sdshdr16、......) */
    char buf[]; /* 字符串真正的值 */
};
......

为什么要使用SDS来实现字符串呢?

• 首先C语言中并没有字符串类型，要实现的话只能使用char[]来实现，但是使用字符数组必须先给变量分配足够的空间，否则会溢出，分配多了又可能造成浪费
• 如果要获取字符串的长度，就需要遍历字符数组，时间复杂度高O(n)
• 字符串的长度更改会对字符数组的内存进行重新分配
• C语言的 是字符串的标志结束位，如果存储图片音频等多媒体文件的时候，存在二进制安全问题

SDS的特点

• 无需担心内存溢出的问题，如果需要就对SDS进行扩容
• 定义了len属性，获取字符串长度时间复杂度O(1)
• 通过“空间预分配” 和“惰性空间释放”，防止多次重分配内存
• 判断字符串是否结束是len属性

redisObject

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4; /* 对象的数据类型 （OBJ_STRING、OBJ_LIST、OBJ_HASH、OBJ_SET、OBJ_ZSET）*/
    unsigned encoding:4; /* 具体的数据结构 */
    unsigned lru:LRU_BITS; /* 对象最后一次被命令访问的时间 与内存回收有关 */
    int refcount;  /* 引用计数 当该变量值为0时，表示该对象不被任何其他对象引用，可以进行垃圾回收了 */
    void *ptr; /* 指针指向对象实际的数据结构 */
} robj;

数据模型图