Redis读书笔记（二）

Redis对象系统

Redis对象

• 字符串(String)的底层实现方式
  • 直接保存整数值：字符串对象保存的是整数值，且可以用long类型来表示。
  • embstr编码的SDS：字符串对象保存的是一个长度小于等于39字节的字符串值。
  • SDS：字符串对象保存的是一个长度大于39字节的字符串值。
• 列表(List)的底层实现方式
  • 压缩列表：列表对象保存的所有字符串元素的长度都小于64字节，且元素数量小于152个(注意：上限值是可以修改的，其他对象的上限值也是同洋的道理)。
  • 双端链表：不满足压缩列表的使用条件，则使用双端链表。
• 哈希(Hash)的底层实现方式
  • 压缩列表：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，且键值对数量小于512个。
  • 字典：不满足压缩列表的使用条件，则使用字典。
• 集合(Set)的底层实现方式
  • 整数集合：集合对象保存的所有元素都是整数，且元素数量不超过512个。
  • 字典：不满足整数集合的使用条件，则使用字典。
• 有序集合(Zset)的底层实现方式
  • 压缩列表：有序集合保存的元素数量小于128个，且所有元素的长度都小于64字节。
  • 跳跃表+字典：不满足压缩列表的使用条件，则使用跳跃表+字典

Redis对象的实现

typedef struct redisObject {
  // 类型
  unsigned type:4;

  // 编码
  unsigned encoding:4;

  // 指向底层数据结构的指针
  void *ptr;

  // 引用计数
  int refcount;

  // 最后一次被命令程序访问的时间
  unsigned lru:8;

  //...
} robj;

对象的类型属性Type

类型常量	对象的名称
REDIS_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

对象的编码属性Encoding和底层实现

类型	编码	对象
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_INT	使用整数值实现的字符串对象
REDIS_STRING	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_STRING	REDIS_ENCODING_RAW	使用Simple Dynamic String实现的字符串对象
REDIS_LIST	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的列表对象
REDIS_LIST	REDIS_ENCODING_LINKEDLIST	使用双端链表实现的列表对象
REDIS_HASH	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的哈希对象
REDIS_HASH	REDIS_ENCODING_HT	使用字典实现的哈希对象
REDIS_SET	REDIS_ENCODING_INTSET	使用整数集合实现的集合对象
REDIS_SET	REDIS_ENCODING_HT	使用字典实现的集合对象
REDIS_ZSET	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的有序集合对象
REDIS_ZSET	REDIS_ENCODING_SKIPLIST	使用跳跃表和字典实现的有序集合对象

为什么需要同时使用跳跃表和字典来实现有序集合？

1. 只使用字典来实现：执行查找的时间复杂度为O(1)，但是执行范围性查询操作如ZRANGE、ZRANK等，需要对字典保存的所有元素排序，至少需要O(NlogN)的时间，以及额外的O(N)空间。
2. 只使用跳跃表来实现：执行范围性查询的优点会被保留，但执行查找的时间复杂度为O(logN)。

所以为了查找和范围性查询都有尽可能快的执行，同时使用字典和跳跃表实现。

内存回收

对象的引用计数会随着对象的使用状态而不断变化：

• 当创建一个新对象时，引用计数的值被初始化为1
• 当对象被一个新程序使用时，引用计数的值会加1
• 当对象不再被一个程序使用时，引用计数的值会减1
• 当对象的引用计数变为0时，对象所占的内存会被释放

对象共享

Redis中让多个键共享同一个值对象(节约内存)：

• 将key的值指针指向一个现有的对象
• 将被共享的值对象的引用计数加1

Redis只对包含整数值的字符串对象进行共享：

当共享对象时，首先需要检查给定的共享对象和想创建的目标对象是否完全一致，只有在共享对象和目标对象完全相同的情况下才会使用共享对象。

• 如果共享的是保存整数值的字符串对象，那么验证是否一致的时间复杂度为O(1)
• 如果共享的是保存字符串的字符串对象，那么验证是否一致的时间复杂度为O(N)
• 如果共享的是包含了多个值的对象，那么验证是否一致的时间复杂度为O(N*2)

所以考虑到CPU时间的限制，Redis只对包含整数的字符串对象进行共享。