文章内容
Redis基于其基础数据结构创建了对象系统。这个对象系统包含了字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象,每一种对象都使用到了至少一种基础数据结构。
一、对象的类型与编码
1、Redis对象结构
![图解Redis数据结构之对象系统插图 图解Redis数据结构之对象系统插图](https://media.ntan520.com/2022/10/1de9e5fff46d35d408c20f28e0373254.png?x-oss-process=style/watermark)
2、对象编码和底层实现
Redis命令查询:http://www.redis.cn/commands.html
类型 | 编码 | 对象的名称 |
---|---|---|
REDIS_STRING[字符串对象] | REDIS_ENCODING_INT | 使用整数实现的字符串对象 |
REDIS_ENCODING_EMBSTR | 使用embstr编码的简单动态字符串实现的字符串对象 | |
REDIS_ENCODING_RAW | 使用简单动态字符串实现的字符串对象 | |
REDIS_LIST[列表对象] | REDIS_ENCODING_ZIPLIST | 使用压缩列表实现的列表对象 |
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST | 使用双端链表实现的列表对象 | |
REDIS_HASH[哈希对象] | REDIS_ENCODING_ZIPLIST | 使用压缩列表实现的哈希对象 |
REDIS_ENCODING_HT | 使用字典实现的哈希对象 | |
REDIS_SET[集合对象] | REDIS_ENCODING_INTSET | 使用整数集合实现的集合对象 |
REDIS_ENCODING_HT | 使用字典实现的集合对象 | |
REDIS_ZSET[有序集合对象] | REDIS_ENCODING_ZIPLIST | 使用压缩列表实现的有序集合对象 |
REDIS_ENCODING_SKIPLIST | 使用跳跃表和字典实现的有序集合对象 |
二、底层数据结构与对象关系
![图解Redis数据结构之对象系统插图2 图解Redis数据结构之对象系统插图2](https://media.ntan520.com/2022/10/8059714f7648ee71f93c54d98bf77c6e.png?x-oss-process=style/watermark)
1、字符串对象
1)编码介绍
- 字符串对象有三种编码:int、embstr、raw
- int编码的字符串和embstr编码的字符串对象可以转换为raw编码的字符串
- embstr编码的字符串是只读的,且会分配一个连续的内存空间存储,因此分配和回收都只需要一次,而raw需要两次
- 编码转换:当字符串值的长度大于32字节时采用raw编码存储,否则采用embstr编码,若为int类型值则采用int编码
![图解Redis数据结构之对象系统插图4 图解Redis数据结构之对象系统插图4](https://media.ntan520.com/2022/10/fcfbf441da8960f632e8994faeeb73b1.png?x-oss-process=style/watermark)
![图解Redis数据结构之对象系统插图6 图解Redis数据结构之对象系统插图6](https://media.ntan520.com/2022/10/f47b82cda52577506c125431b67fee9c.png?x-oss-process=style/watermark)
![图解Redis数据结构之对象系统插图8 图解Redis数据结构之对象系统插图8](https://media.ntan520.com/2022/10/503809312df23d43973da63b6e9bf24b.png?x-oss-process=style/watermark)
2)应用场景
- 缓存:经典使用场景,把常用信息,字符串,图片或者视频等信息放到Redis中,Redis作为缓存层,mysql做持久化层,降低mysql的读写压力
- 计数器:Redis是单线程模型,一个命令执行完才会执行下一个,可用作秒杀库存扣减等
- 分布式锁:常见分布式锁解决方案,这也得益于Redis的单线程模型
2、列表对象
1)编码介绍
- 列表对象有两种编码:ziplist、linkedlist
- ziplist编码的列表对象使用压缩列表作为底层实现,每一个压缩列表节点(entry)保存一个列表元素
- linkedlist编码的列表对象使用双端链表作为底层实现,每一个链表节点(node)保存一个字符串对象,每个字符串对象保存一个列表元素
- 编码转换:当列表对象所有元素的长度小于64字节且列表的元素数量小于512个时使用ziplist,否则使用linkedlist编码
![图解Redis数据结构之对象系统插图10 图解Redis数据结构之对象系统插图10](https://media.ntan520.com/2022/10/29193b790b1c94ac0b83ea3ac72d10f9.png?x-oss-process=style/watermark)
![图解Redis数据结构之对象系统插图12 图解Redis数据结构之对象系统插图12](https://media.ntan520.com/2022/10/a402e8a7cc58015cc2a4c00a8ae36c35.png?x-oss-process=style/watermark)
2)应用场景
- 栈:lpush+lpop
- 队列:lpush+rpop
- 有限集合:lpush+ltrim
- 消息队列:lpush+brpop
- timeline:例如微博的时间轴,有人发布微博,用lpush加入时间轴,展示新的列表信息。
3、哈希对象
1)编码介绍
- 哈希对象有两种编码:ziplist、hashtable
- ziplist编码的哈希对象使用压缩列表作为底层实现,当有节点加入时,会推入两个节点一个是键一个是值到表尾
- hashtable编码的哈希对象使用字典作为底层实现,哈希对象中的每一个键值对都使用一个字典键值对来保存
- 编码转换:和列表对象的转换条件类似,当所有元素的长度小于64字节且列表的元素数量小于512个时使用ziplist,否则使用hashtable编码
![图解Redis数据结构之对象系统插图14 图解Redis数据结构之对象系统插图14](https://media.ntan520.com/2022/10/d32dcd3262bc76af2999a66fcfb3b4a4.png?x-oss-process=style/watermark)
![图解Redis数据结构之对象系统插图16 图解Redis数据结构之对象系统插图16](https://media.ntan520.com/2022/10/90c770b4c4ff2e7eca4ea6160a52e638.png?x-oss-process=style/watermark)
2)应用场景
- 缓存: 经典使用场景,把常用信息,字符串,图片或者视频等信息放到redis中,Redis作为缓存层,mysql做持久化层,降低mysql的读写压力
- 计数器:redis是单线程模型,hash结构的每一个小key可以原子的累计,也可用于秒杀场景,购物车等
- session:常见方案spring session + redis实现session共享
4、集合对象
1)编码介绍
- 集合对象有两种编码:intset、hashtable
- intset编码的集合对象使用整数集合作为底层实现
- hashtable编码的集合对象使用字典作为底层实现,字典的每一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,而字典的值全部被设置为NULL
- 编码转换:所有集合元素都是数值,且元素的数量不超过512个时使用intset,否则使用hashtable
![图解Redis数据结构之对象系统插图18 图解Redis数据结构之对象系统插图18](https://media.ntan520.com/2022/10/f054e0d863474d020d027d392e685f24.png?x-oss-process=style/watermark)
![图解Redis数据结构之对象系统插图20 图解Redis数据结构之对象系统插图20](https://media.ntan520.com/2022/10/7d1164f9483ce760f5dee946a4ee4af6.png?x-oss-process=style/watermark)
2)应用场景
- 标签(tag),给用户添加标签,或者用户给消息添加标签,这样有同一标签或者类似标签的可以给推荐关注的事或者关注的人
- 点赞,或点踩,收藏等,可以放到set中实现
5、有序集合对象
1)编码介绍
- 有序集合对象有两种编码:ziplist、skiplist
- ziplist编码的有序集合对象使用压缩列表作为底层实现,每一个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩列表节点保存,元素按照分值由小到大顺序排列
- skiplist编码的有序集合对象比较特殊,其采用skiplist&dict的组合方式实现有序集合,每个跳跃表节点object属性保存一个集合元素,且其score属性则保存元素的分值,通过跳表可以实现范围查询。为了实现 O(1) 复杂度的节点查询,该实现引入了字典,字典的每一个键值对保存一个集合元素,字典键用于保存元素,字典值用于保存分值
- 编码转换:当所有元素的长度小于128个且集合的所有元素长度都小于64字节时使用ziplist,否则使用skiplist编码
![图解Redis数据结构之对象系统插图22 图解Redis数据结构之对象系统插图22](https://media.ntan520.com/2022/10/66d260b4cf6e244aaf749786547840b3.png?x-oss-process=style/watermark)
![图解Redis数据结构之对象系统插图24 图解Redis数据结构之对象系统插图24](https://media.ntan520.com/2022/10/8198a4190b2e41bcaa74dad52308a85e.png?x-oss-process=style/watermark)
2)应用场景
- 排行榜:有序集合经典使用场景。例如小说视频等网站需要对用户上传的小说视频做排行榜,榜单可以按照用户关注数,更新时间,字数等打分,做排行。
6、特殊数据结构
- HyperLogLog(基数统计)
- Geo(地理空间信息)
- Pub/Sub(发布订阅)
- BloomFilter(布隆过滤)
- Bitmap(位图)
三、内存回收
C语言并不具备自动内存回收功能,所以Redis在自己的对象系统中构建了一个引用计数来实现的内存回收机制,通过这一机制,程序可以追踪对象的引用计数信息,在适当的时候自动释放对象并进行内存回收。在redisObject中属性refcount用作引用计数。
四、对象共享
对象的引用计数属性带有对象共享的机制,共享对象的前提条件必须是将要创建的对象和已存在对象完全一致,那么越复杂的对象验证操作的复杂度越高。尽管共享更复杂的对象更能节约更多的内存,但受到CPU时间限制,Redis只对包含整数值的字符串对象(0-9999的字符串对象)进行共享。
五、对象的空转时长
Redis对象属性后只能够还包含一个lru属性,该属性记录了对象最后一次被命令程序访问的时间,该属性被用作于服务器内存回收,volatile2-lru或者allkeys-lru内存回收算法就是在服务器内存超过了maxmemory值时,空转时长高的键内存空间将被回收(空转时长=当前时间-lru时间)。