《Redis 设计与实现》读书笔记-Redis 对象

一、Redis 对象

1.1 Redis 对象简介

Redis 使用对象来表示数据库中键和值，当我们在数据库中存储一个键值对时，至少会创建两个对象，一个对象用于存储键值对的键，另一个对象用于存储键值对的值。

Redis 中的每一个对象都由一个 RedisObject 结构表示，该结构有三个属性和保存的数据有关，分别是 type 属性、encoding 属性和 ptr 属性。

typedef struct redisObject {
    // 类型
    unsigned tepe:4;
    // 编码
    unsigned encoding:4;
    // 指向底层数据实现数据结构的指针
    void *ptr;
} robj;

1.2 对象类型

redisObject 对象的 type 属性记录了对象的类型，Redis 中的键总是一个字符串对象，值对象可以是字符串对象、哈希对象、集合对象等。

我们可以通过使用 TYPE key 命令查看数据库键对应的值对象的类型。

1.3 编码与底层实现

encoding 属性记录了对象所使用的编码，也就是这个对象底层实现的数据结构。关于编码可以使用 OBJECT ENCODING key 命令查看。

二、五种数据类型对象与编码

2.1 字符串对象

要注意的是 long、double 浮点数在 Redis 中也是作为字符串值来保存的。

（1）字符串对象编码

字符串对象的编码有 int 、 raw 或者 embstr 三种。

• int：保存的是整数值
• raw：保存的是字符串，并且字符串的长度小于等于 39 个字节
• embstr：保存的是字符串，并且字符串的长度大于等于 39 个字节

embstr 编码的好处：

• embstr 编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从 raw 编码的两次降低为一次。
• 释放 embstr 编码的字符串对象只需要调用一次内存释放函数， 而释放 raw 编码的字符串对象需要调用两次内存释放函数。
• 因为 embstr 编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面，所以这种编码的字符串对象比起 raw 编码的字符串对象能够更好地利用缓存带来的优势。

（2）编码转换

int 编码的字符串对象和 embstr 编码的字符串对象在一定条件下， 会被转换为 raw 编码的字符串对象，如下。

• int 编码的字符串对象通过某些操作，保存的不再是单纯的整数值
• 对 embstr 编码的字符串对象执行任何修改命令时， 程序会先将对象的编码从 embstr 转换成 raw ， 然后再执行修改命令

下面是一个例子,供参考：

127.0.0.1:6379> SET num-str 100
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING num-str
"int"
127.0.0.1:6379> APPEND num-str "hei~"
(integer) 7
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING  num-str
"raw"

2.2 列表对象

（1）列表对象编码

Redis 3.2 以前的版本中列表的的编码类型有 ziplist 或 linkedlist。

ziplist 编码的列表对象使用压缩列表作为底层实现， 每个压缩列表节点（entry）保存了一个列表元素。

linkedlist 编码的列表对象使用双端链表作为底层实现， 每个双端链表节点（node）都保存了一个字符串对象， 而每个字符串对象都保存了一个列表元素。

在 Redis 3.2 以上的版本中列表对象的编码替换为 quicklist，它的底层实现是一个双向链表，而且是一个ziplist 数据结构的双向链表。关于这种数据结构的详细信息就不介绍了，以后有机会接触到 Redis 的源码后再单独拿出来总结。

例子如下（基于 3.2.× 版本）：

127.0.0.1:6379> RPUSH students "zs" "ls" "ww"
(integer) 3
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING students
"quicklist"

2.3 哈希对象

（1）哈希对象编码

哈希对象的编码是 ziplist 或 hashtable。

ziplist 编码的哈希对象使用压缩列表作为底层实现，每当有新的键值对要加入到哈希对象时，程序会先将保存了键的压缩列表节点推入到压缩列表表尾，然后再将保存了值的压缩列表节点推入到压缩列表表尾。因此保存了同一键值对的两个节点总是紧挨在一起， 保存键的节点在前， 保存值的节点在后。

hashtable 编码的哈希对象使用字典作为底层实现，哈希对象中的每个键值对都使用一个字典键值对来保存。

（2）编码转换

当哈希对象可以同时满足以下两个条件时， 哈希对象使用 ziplist 编码。

• 键和值的字符串长度都小于 64 字节
• 键值对数量小于 512 个

不能满足上面两个条件的哈希对象使用 hashtable 编码。

PS：
上面两个条件的上限值是可以在配置文件中修改的，默认配置如下：

hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64

下面是一个例子：

127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING student
"ziplist"
# 存储一个大于 64 字节的值
127.0.0.1:6379> HSET student desc "zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz ... "
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING student
"hashtable"

2.4 集合对象

（1）集合对象编码

集合对象的编码可以是 intset 或者 hashtable 。

inset 编码的底层实现是整数集合，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合里。

hashtable 编码使用字典作为底层实现，字典的每个键都是一个字符串对象，每个字符串对象包含了一个集合元素，而字典的值则全部被设置为 NULL ，可以类比于 Java 中的 HashSet 的实现。

（2）编码转换

当集合对象可以满足以下两个条件中的任一个时， 对象使用 intset 编码：

• 集合对象中的元素都是整数值
• 集合对象中元素的数量不超过 512 个

PS：
上面第二个条件的上限值是可以在配置文件中修改的，默认配置如下：

set-max-intset-entries 512

下面是一个例子：

127.0.0.1:6379> SADD keys "1" "2"
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING keys
"intset"
# 添加非整数元素
127.0.0.1:6379> SADD keys "hei~"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING keys
"hashtable"

2.5有序集合对象

（1）有序集合对象编码

有序集合的编码可以是 ziplist 或者 skiplist 。

压缩列表内的集合元素按分值从小到大进行排序，分值较小的元素被放置在靠近表头的方向， 分值较大的元素则被放置在靠近表尾的方向。

skiplist 编码的有序集合对象使用 zset 结构作为底层实现， 一个 zset 结构同时包含一个字典和一个跳跃表。

为什么 zset 结构要同时使用字典与跳跃表来实现有序集合？

• 如果只使用字典实现有序集合，查找成员的复杂度为O(1)，但是当执行范围操作时，就需要对字典中保存的元素进行排序。
• 如果只使用跳跃表实现有序集合，执行范围操作时的所有优点都会被保留，但是执行查找元素时，时间复杂度上升为O(logN)
• 因此 zset 集成了字典与跳跃表两者的优点来实现有序集合对象。

（2）有序集合对象编码转换

当有序集合对象满足以下条件时，对象会使用 ziplist 编码：

• 有序集合保存的元素数量小雨 128 个
• 有序集合保存的所有元素成员长度小于 64 字节

PS：
上面第二个条件的上限值是可以在配置文件中修改的，默认配置如下：

zset-max-ziplist-entries 128
zset-max-ziplist-value 64

参考书籍

《Redis 设计与实现》黄健宏著