Redis底层探秘（六）：对象多态及回收

　　本篇是我们redis系列的最后一篇，整个系列其实是我学习《redis设计与实现》的笔记，这本书感觉不错，推荐使用redis的小伙伴都可以看看。

　　整个系列的文字都比较干，很多数据结构和C语言的东西，不过只有这么接近底层，我们才能知道redis为什么可以做到这么块。

类型检查与命令多态

redis中用于操作键的命令基本上可以分为两种类型。

其中一种命令可以对任何类型的键执行，比如说del命令、expire命令、rename命令、type命令、object命令等。

而另一种命令只能对特定类型的键执行，比如set、get、append、strlen等命令只能对字符串键键执行；hdel、hset、hget、hlen等命令只能对哈希键执行。

类型检查的实现

类型特定命令锁进行的类型检查是通过redisObject结构的type属性来实现的：

1 在执行一个类型特定命令之前，服务器会先检查输入数据库键的值对象是否为执行命令所需的类型，如果是的话，服务器就对键执行指定的命令；

2 否则，服务器将拒绝执行命令，并向客户端返回一个类型错误。

多态命令的实现

redis除了会根据值对象的类型来判断键是否能够执行指定命令之外，还会根据值对象的编码方式，选择正确的命令实现代码来执行命令。

举个例子，在前面介绍列表对象的编码时我们说过，列表对象有ziplist和linkedlist两种编码可用，其中前者使用压缩列表api来实现列表命令，而后者使用双端链表api来实现列表命令。

现在考虑这样一个情况，如果我们队一个键执行llen命令，那么服务器除了要确保执行命令的是列表键之外，还需要根据键的值对象所使用的编码来选择正确的llen命令实现：

1 如果列表对象的编码为ziplist，那么说明列表对象的实现为压缩列表，程序将使用ziplistLen函数来返回列表的长度；

2 如果列表对象的编码为linkedlist，那么说明列表对象的实现为双端链表，程序将使用listLength函数来返回双端链表的长度

借用面向对象方面的术语来说，我们可以认为llen命令是多态（polymorphism），只要执行llen命令的是列表键，那么无论值对象使用的是ziplist编码还是linkedlist编码，命令都可以正常执行。

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技术实现的内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟中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：

typedef struct redisObject{

// …

//引用计数

int refcount;

…….

}

对象的引用计数信息会随着对象的使用状态而不断变化：

1 在创建一个新对象时，引用计数的值会被初始化为1

2 当对象呗一个新程序使用时，他的引用计数值会被增一

3 当对象不再被一个程序使用时，他的引用计数值会被增一

4 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

对象的整个生命周期可以划分为创建对象、操作对象、释放对象三个阶段。

对象共享

除了用于实现引用计数内存回收机制之外，对象的引用计数属性还带有对象共享的作用。举个例子，假设键A创建了一个包含整数值100的字符串对象作为值对象，如果这时键B也要创建一个同样保存了整数值100的字符串对象作为值对象，那么服务器有以下两种做法：

1 为键B新创建一个包含整数值100的字符串对象

2 让键A和和键B共享同一个字符串对象

很明显，第二种方法更节约内存，在redis中，让多个键共享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。（可以通过配置修改常量值）

另外，这些共享对象不单单只有字符串字符串键可以使用，那些在数据结构中嵌套了字符串对象的对象（linkedlist编码的列表对象、hashtable编码的哈希对象等）都可以使用这些共享对象。

延伸阅读：为什么redis不共享包含字符串的对象？

当服务器考虑将一个共享对象设置为键的值对象时，程序需要先检查给定的共享对象和键想创建的目标是否完全相同，只有在共享对象和目标对象完全相同的情况下，程序才会将共享对象用作键的值对象，而一个共享对象保存的值越复杂，验证共享对象和目标对象是否相同所需要的复杂度就会越高，消耗的cpu时间也会越多。

1  如果共享对象是保存整数值的字符串对象，那么验证操作的复杂度为o(1)

2  如果共享对象是保存字符串值的字符串对象，那么验证操作的复杂度为O(N)

3  如果共享对象对象是包含了多个值（或者对象的）对象，比如列表对象或者哈希对象，那么验证操作的复杂度将会是O(N^2)

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。

对象的空转时长

除了前面介绍介绍过的type、encoding、ptr和refcount四个属性值之外，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，这个时间被利用在对象回收算法中。

对象回顾

1 redis数据库中的每个键值对的键和值都是一个对象

2 redis公有字符串、列表、哈希、集合、有序集合五种类型的对象，每种类型的对象至少都有两种或以上的编码方式，不同的编码可以在不同的使用场景上优化对象的使用效率。

3 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。

4 redis的对象系统带有引用计数实现的内存回收机制，当一个对象不再被使用时，该对象所占用的内存就会被自动释放。

5 redis 会共享值为0到9999的字符串对象。

6 对象会记录自己的最后一次被访问的时间，这个时间可以用于计算对象的空转时间。