Redis -KV基础

柔情只为你懂 2022-12-21 04:40 98阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1. 对象的类型与编码
 *  2. 字符串对象
 *   *  编码的转换
 *  3. 列表对象
 *  4. 哈希对象
 *  5. 集合对象
 *  6. 有序集合
 *  7. 内存回收
 *  8. 对象的空转时长
 *  9. 过期策略

# 1. 对象的类型与编码 #

> 服务器在执行某些命令之前，会先检查给定键的类型能否执行指定的命令，而检查一个键的类型就是检查键的值对象的类型。

每次当我们在Redis的数据库中新创建一个键值对时，我们至少会创建两个对象，一个对象用作键值对的键（键对象），另一个对象用作键值对的值（值对象）。

Redis中的每个对象都由一个redisObject结构表示：

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

对象的ptr指针指向对象的底层实现数据结构，而这些数据结构由对象的encoding属性决定。

而本文就是为了弄清楚 \*ptr 该指向什么样的数据结构；

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> 我们知道Redis的基本类型有五种：string，list，hash，set，zset。  
> 可以对一个数据库键执行TYPE命令，其返回的结构就是这个键所对应的值的类型。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdHRsZXdoaXRldmc_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

# 2. 字符串对象 #

字符串对象的编码可以是int、raw或者embstr

> 如果一个字符串对象保存的是整数值，并且这个整数值可以用long类型来表示，那么字符串对象会将整数值保存在字符串对象结构的ptr属性里面（将void\*转换成long），并将字符串对象的编码设置为int。

![在这里插入图片描述][20201114163415993.png_pic_center]

如果字符串对象保存的是一个字符串值，并且这个字符串值的长度大于32字节，那么字符串对象将使用一个简单动态字符串（SDS）来保存这个字符串值，并将对象的编码设置为raw。

![在这里插入图片描述][2020111416383421.png_pic_center]

> 注意哦，可能是机器问题，我测试了一个str = 38的，他的存储结构是embstr，建议输入长一点。可能在63-64之后才会是raw，没查资料。  
> ![在这里插入图片描述][20201114163952375.png_pic_center]

embstr编码是保存短字符串的一种优化编码方式，这种编码和raw编码一样，都使用redisObject结构和sdshdr结构来表示字符串对象，但raw编码会调用两次内存分配函数来分别创建redisObject结构和sdshdr结构，而embstr编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间，空间中依次包含redisObject和sdshdr两个结构。

这样在创建和释放内存的次数上是不一样的。此外，embstr编码的字符串对象是只读的。

## 编码的转换 ##

int编码的字符串对象和embstr编码的字符串对象在条件满足的情况下，会被转换为raw编码的字符串对象。

对于int编码的字符串对象来说，如果我们向对象执行了一些命令，使得这个对象保存的不再是整数值，而是一个字符串值，那么字符串对象的编码将从int变为raw。例如，append命令。

# 3. 列表对象 #

列表对象的编码可以是ziplist或者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。

当列表对象可以同时满足以下两个条件时，列表对象使用ziplist编码：

*  列表对象保存的所有字符串元素的长度都小于64字节；
 *  列表对象保存的元素数量小于512个；不能满足这两个条件的列表对象需要使用linkedlist编码。

> 但是注意Redis 3.2后引入的quicklist，以上转换基本上就是交给quicklist来进行：  
> ![在这里插入图片描述][20201114220447404.png_pic_center]

# 4. 哈希对象 #

哈希对象的编码可以是ziplist或者hashtable。

![在这里插入图片描述][20201114220851384.png_pic_center]  
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：

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：

*  哈希对象保存的所有键值对的键和值的字符串长度都小于64字节；
 *  哈希对象保存的键值对数量小于512个；不能满足这两个条件的哈希对象需要使用hashtable编码。

![在这里插入图片描述][20201114221159474.png_pic_center]

# 5. 集合对象 #

集合对象的编码可以是intset或者hashtable。intset编码的集合对象使用整数集合作为底层实现，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合里面。

当集合对象可以同时满足以下两个条件时，对象使用intset编码：

*  集合对象保存的所有元素都是整数值；
 *  集合对象保存的元素数量不超过512个。不能满足这两个条件的集合对象需要使用hashtable编码。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdHRsZXdoaXRldmc_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

# 6. 有序集合 #

有序集合的编码可以是ziplist或者skiplist。ziplist编码的压缩列表对象使用压缩列表作为底层实现，每个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩列表节点来保存，第一个节点保存元素的成员（member），而第二个元素则保存元素的分值（score）。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，而分值较大的元素则被放置在靠近表尾的方向。

当有序集合对象可以同时满足以下两个条件时，对象使用ziplist编码：

*  有序集合保存的元素数量小于128个；
 *  有序集合保存的所有元素成员的长度都小于64字节；不能满足以上两个条件的有序集合对象将使用skiplist编码。

# 7. 内存回收 #

因为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（reference counting）技术实现的内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟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。

每个对象的引用计数信息由redisObject结构的refcount属性记录：

对象的引用计数信息会随着对象的使用状态而不断变化：

*  在创建一个新对象时，引用计数的值会被初始化为1；
 *  当对象被一个新程序使用时，它的引用计数值会被增一；
 *  当对象不再被一个程序使用时，它的引用计数值会被减一；
 *  当对象的引用计数值变为0时，对象所占用的内存会被释放。

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**对象共享** \- 节约内存

在Redis中，让多个键共享同一个值对象需要执行以下两个步骤：  
1）将数据库键的值指针指向一个现有的值对象；  
2）将被共享的值对象的引用计数增一。

> 目前来说，Redis会在初始化服务器时，创建一万个字符串对象，这些对象包含了从0到9999的所有整数值，当服务器需要用到值为0到9999的字符串对象时，服务器就会使用这些共享对象，而不是新创建对象。

为什么Redis不共享包含字符串的对象？  
因为需要检查已存在，会造成额外的性能开销。

因此，尽管共享更复杂的对象可以节约更多的内存，但受到CPU时间的限制，Redis只对包含整数值的字符串对象进行共享。

# 8. 对象的空转时长 #

redisObject结构包含的最后一个属性为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。

OBJECT IDLETIME命令可以打印出给定键的空转时长，这一空转时长就是通过将当前时间减去键的值对象的lru时间计算得出的；

OBJECT IDLETIME命令的实现是特殊的，这个命令在访问键的值对象时，不会修改值对象的lru属性。

除了可以被OBJECT IDLETIME命令打印出来之外，键的空转时长还有另外一项作用：如果服务器打开了maxmemory选项，并且服务器用于回收内存的算法为volatile-lru或者allkeys-lru，那么当服务器占用的内存数超过了maxmemory选项所设置的上限值时，空转时长较高的那部分键会优先被服务器释放，从而回收内存。

# 9. 过期策略 #

Redis过期键删除有两种策略：  
① 访问数据库键时，校验该键是否过期，如果过期则删除；  
② 周期性删除过期键；

> Redis服务器是典型的事件驱动程序，它将事件处理分为两大类：文件事件与时间事件。文件事件即socket的可读可写事件，时间事件即需要周期性执行的一些定时任务。Redis采用比较成熟的I/O多路复用模型（select/epoll等）处理文件事件，并对这些I/O多路复用模型进行简单封装。Redis服务器只维护了一个时间事件，该时间事件处理函数为serverCron，执行了所有需要周期性执行的一些定时任务。

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