[置顶] REDIS系列之五大对象原理

Redis并没有采用上文介绍的底层数据结构实现键值对数据库，而是基于底层数据结构实现一套对象系统,包括字符串对象、链表对象、哈希对象、集合对象、排序集合对象。而且，每个对象的底层实现至少存在两种,针对不同的应用场景可以选择不同的实现方式,从而提高效率。

1.对象系统

Redis是

key-value

数据库,每创建一个键值对就会创建两个对象，即一个键对象，一个值对象。Redis中默认键是字符串对象，值是

redisObject

对象。其结构如下:

typedef struct redisObject{

//类型
unsigned int type:4;

//编码
unsigned int encoding:4;

//底层实现数据结构指针
void* ptr;
}

其内存结构如图所示:



其中类型

type

如下:

类型常量	对象名称
REDI_STRING	字符串对象
REDIS_LIST	列表对象
REDIS_HASH	哈希对象
REDIS_SET	集合对象
REDIS_ZSET	有序集合对象

encoding

如下:

编码常量	底层数据结构
REDIS_ENCODING_INT	long型整数
REDIS_ENCODING_EMBSTR	embstr编码简单动态字符串
REDIS_ENCODING_RAW	简单动态字符串
REDIS_ENCODING_HT	字典
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST	双端链表
REDIS_ENCODING_ZIPLIST	压缩列表
REDIS_ENCODING_INTSET	整数集合
REDIS_ENCODING_SKIPLIST	跳跃表和字典

下表表示不同类型和编码的对象:

类型	编码	对象
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_INT	整数值实现字符串对象
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_EMBSTR	embstr编码实现简单动态字符串
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_RAW	简单动态字符串实现字符串对象
REDIS_LIST	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	压缩列表实现列表对象
REDIS_LIST	REDIS_ENCODING_LINKEDLIST	双端链表实现列表对象
REDIS_HASH	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	压缩列表实现的哈希对象
REDIS_HASH	REDIS_ENCODING_HT	字典实现的哈希对象
REDIS_SET	REDIS_ENCODING_INTSET	整数集合实现的集合对象
REDIS_SET	REDIS_ENCODING_HT	字典实现的集合对象
REDIS_ZSET	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	压缩列表实现的有序集合对象
REDIS_ZSET	REDIS_ENCODING_SKIPLIST	跳跃表和字典实现的有序集合对象

从上表可以看出任意一种对象都至少有两种实现方式。

OBJECT ENCODING

命令显示对象的编码类型

redis>set msg "hello world"

redis>OBJECT ENCODING msg

"embstr"

2.字符串对象

字符串对象有

int

、

raw

、

embstr

三种编码方式,其底层数据结构三个原则:

如果字符串对象保存的是整数值,并且这个整数值可以用long型数据表示，则底层数据采用int型编码

如果字符串对象保存的是一个字符串值，并且这个字符串的长度大于32个字节，那么字符串对象将使用一个简单动态字符串(SDS)保存，即编码方式采用raw.

如果字符串对象保存的是一个字符串值，并且这个字符串的长度小于于32个字节，那么字符串对象将使用embstr字符串保存(连续一块内存)，即编码方式采用embstr.

如图是三种编码方式内存结构:



字符串常用命令:

命令	功能	说明
SET	保存字符串值
Get	获取字符串值
APPEND	追加字符串到末尾
INCRBYFLOAT	对浮点数进行加法运算	Increase By Float
INCRBY	对整数进行加法运算
DECRBY	对整数进行减法运算
STRLEN	返回字符串长度
SETRANGE	将字符串特定索引上单值设置为给定的字符
GETRANGE	直接取出并返回字符串指定索引上的字符

3.列表对象

列表对象

ziplist

、

linkedlist

两种编码方式，其底层数据结构采用编码方式的原则:

列表对象保存的 所有字符串元素的长度都小于64字节时,采用ziplist编码

列表对象保存的元素数量小于512个时，采用ziplist编码

不满足上述条件其他情况,都采用linkedlist编码方式。

其内存结构如下图所示:



列表常用命令如下:

命令	功能	说明
LPUSH	将元素压入列表的表头	Left Push
RPUSH	将元素压入列表的表位	Right Push
LPOP	表头元素弹出并删除	Left Pop
RPOP	表尾元素弹出并删除	Right Pop
LINDEX	返回指定下标的节点保存的元素	List Index
LLEN	返回列表的长度	List Length
LINSERT	插入元素到列表指定位置	List Insert
LREM	遍历列表，删除包含给定元素的节点	L Remove
LTRIM	删除压缩列表中不在指定索引范围内的节点
LSET	将指定位置的元素保存的值替换为新节点值	List Set

4.哈希对象

哈希对象采用

ziplist

、

hashtable

两种编码方式实现。其底层数据结构采用的编码方式的原则:

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，采用ziplist编码方式

哈希对象保存的键值对数量小于512个，采用ziplist编码

不满足上述两个条件则采用hashtable编码方式

如图是两种编码方式内存结构:



哈希对象常用命令如下:

命令	功能	说明
HSET	将新节点加入到哈希对象	Hash Set
HGET	在哈希对象中查找指定键对应的值	Hash Get
HEXISTS	判断指定的键值对是否存在	Hash Exists
HDEL	将指定的键值对删除	Hash Delete
HLEN	返回哈希对象中键值对的数量	Hash Length
HGETALL	返回哈希对象中所有的键和值	Hash Get All

5.集合对象

集合对象采用intset、hashtable两种编码方式。其底层数据结构采用的编码方式的原则:

集合对象保存的所有元素都是整数值时,采用intset编码方式；

集合对象保存的元素数量不超过512个时,采用intset编码方式

不满足上述两个条件采用hashtable编码方式

如图是两种编码方式内存结构:



集合对象常用命令如下:

命令	功能	说明
SADD	将所有元素添加到集合里	Set Add
SCARD	返回集合中包含元素的数量	Set Card
SISMEMBER	判断给定元素是否在集合中	Set Is Member
SRANDMEMBER	随机返回集合中一个元素	Set Rand Member
SPOP	随机返回集合中一个元素,并且删除这个元素	Set Pop
SREM	删除集合中指定元素	Set Remove

6.有序集合对象

有序集合对象采用ziplist或者skiplist编码方式。其底层数据结构编码方式原则:

有序集合保存的元素数量小于128个,有序集合对象采用ziplist编码方式

有序集合对象报读的所有元素成员的长度都小于64字节,采用ziplist编码方式

不满足上述两个条件时，采用skiplist编码方式。

如图是两种编码方式内存结构:



有序集合对象常用命令如下:

命令	功能	说明
ZADD	将新元素加入到有序集合
ZCARD	返回有序集合中元素个数
ZCOUNT	遍历有序集合统计分值在给定范围内的节点的数量
ZRANGE	正序返回给定索引范围内的所有元素
ZREVRANGE	逆序返回给定索引范围内的所有元素	Z Reverse Range
ZRANK	正序遍历集合，返回对应元素在集合中的排名
ZREVRANK	逆序遍历集合,返回对应元素在集合中的排名	Z Reverse Rank
ZREM	删除给定的元素	ZRemove
ZSCORE	查找给定元素的分值	Z Score

总结

本文主要介绍Redis数据库中五大对象底层实现的原理，以及每种对象其底层源码编码方式的使用场景，并简单介绍各个对象常用的命令以及含义。

参考文献 《Redis设计与实现(第二版)》