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Redis | 第一部分:数据结构与对象 下篇《Redis设计与实现》

发布时间:2021-11-22 23:19:34

原标题:Redis | 第一部分:数据结构与对象 下篇《Redis设计与实现》

目录
  • 前言
  • 1. Redis对象概述
    • 1.1 对象的定义
  • 2. 字符串对象
  • 3. 列表对象
    • 3.1 quicklist 快速链表
  • 4. 哈希对象
  • 5. 集合对象
  • 6. 有序集合对象
  • 7. Redis对象的特点
    • 7.1 类型检查与命令多态
    • 7.2 内存回收
    • 7.3 对象共享
    • 7.4 对象的空转时长
  • 最后


前言

参考资料:《Redis设计与实现 第二版》;

本篇笔记按照书里的脉络,将知识点分为四个部分。其中第一部分数据结构与对象分为上中下篇,上篇包括:SDS链表字典;中篇包括跳跃表整数集合压缩列表;下篇为对象

上篇的链接:

中篇的链接:

Redis常用命令及示例总结:


1. Redis对象概述

  • Redis没有直接使用前面介绍的数据结构来实现键值对数据库,而是基于这些数据结构的对象系统;

  • Redis有五种基本对象,分别是字符串列表哈希集合有序集合。使用以下8种编码方式中的几种作为底层实现底层实现:long类型整数embstr编码的SDSSDS字典双端链表压缩列表整数集合跳跃表

  • Redis在创建键值对时,至少会生成两个对象,键对象和值对象;

1.1 对象的定义

  • Redis中的每个对象都由一个redisObject结构来表示:

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

      类型常量对象的名称TYPE命令的输出
      REDIS_STRING字符串对象string
      REDIS_LIST列表对象list
      REDIS_HASH哈希对象hash
      REDIS_SET集合对象set
      REDIS_ZSET有序集合对象zset
    • 编码encoding的可选类型;同种类型可以有不同的编码形式:

      类型对象编码编码方式OBJECT ENCODING命令输出
      REDIS_STRING字符串REDIS_ENCODING_INT使用整数数值实现int
      REDIS_STRING字符串REDIS_ENCODING_EMBSTR使用embstr编码embstr
      REDIS_STRING字符串REDIS_ENCODING_RAW使用SDS实现raw
      REDIS_LIST列表REDIS_ENCODING_ZIPLIST使用压缩列表实现ziplist
      REDIS_LIST列表REDIS_ENCODING_LINKEDLIST使用双端链表实现linkedlist
      REDIS_HASH哈希REDIS_ENCODING_ZIPLIST使用压缩列表实现ziplist
      REDIS_HASH哈希REDIS_ENCODING_HT使用字典实现hashtable
      REDIS_SET集合REDIS_ENCODING_INTSET使用整数集合实现intset
      REDIS_SET集合REDIS_ENCODING_HT使用字典实现hashtable
      REDIS_ZSET有序集合REDIS_ENCODING_ZIPLIST使用压缩列表实现ziplist
      REDIS_ZSET有序集合REDIS_ENCODING_SKIPLIST使用跳跃表字典实现skiplist

2. 字符串对象

  • 字符串编码可以是intrawembstr

    编码类型说明
    int字符串保存整数值,并且这个整数可以用long类型表示
    raw字符串值的长度大于39字节
    embstr字符串值的长度小于39字节
  • embstr编码是专门用于保存短字符串的一种优化编码方式;

  • rawembstr的异同:

    • 二者都使用redisObject结构与sdshdr结构来表示字符串;
    • embstr通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间;
    • raw通过调用两次内存分配函数来分配一块连续的空间;
  • embstr的优点:

    • 创建时只需要分配一次内存;
    • 释放时只需要调用一次内存释放函数;
    • 连续保存在一块连续内存里,对缓存友好;
  • long double类型表示的浮点数在Redis中也是作为字符串值来保存的;

  • embstr编码的字符串对象实际上是只读的,要修改先会转成raw编码,再执行修改命令;

  • 字符串命令请见《Redis常用命令及示例总结》;


3. 列表对象

  • 列表的编码对象可以是ziplistlinkedlist
  • redis 3.2以后,quicklist作为列表键的实现底层实现之一,代替了压缩列表。
  • ziplist编码的条件:
    • 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;

  • linklist编码:

  • 列表命令请见《Redis常用命令及示例总结》;

3.1 quicklist 快速链表

  • quicklist的定义在quicklist.h

    typedef struct quicklist { //指向头部(最左边)quicklist节点的指针 quicklistNode *head; //指向尾部(最右边)quicklist节点的指针 quicklistNode *tail; //ziplist中的entry节点计数器 unsigned long count;  //quicklist的quicklistNode节点计数器 unsigned int len;  //保存ziplist的大小,配置文件设定,占16bits int fill : 16;   //保存压缩程度值,配置文件设定,占16bits,0表示不压缩 unsigned int compress : 16; } quicklist;
  • quicklist节点的定义:

    typedef struct quicklistNode { struct quicklistNode *prev;  //前驱节点指针 struct quicklistNode *next;  //后继节点指针 //不设置压缩数据参数recompress时指向一个ziplist结构 //设置压缩数据参数recompress指向quicklistLZF结构 unsigned char *zl; //压缩列表ziplist的总长度 unsigned int sz;     //ziplist中包的节点数,占16 bits长度 unsigned int count : 16;  //表示是否采用了LZF压缩算法压缩quicklist节点,1表示压缩过,2表示没压缩,占2 bits长度 unsigned int encoding : 2;   //表示一个quicklistNode节点是否采用ziplist结构保存数据,2表示压缩了,1表示没压缩,默认是2,占2bits长度 unsigned int container : 2;  //标记quicklist节点的ziplist之前是否被解压缩过,占1bit长度 //如果recompress为1,则等待被再次压缩 unsigned int recompress : 1; //测试时使用 unsigned int attempted_compress : 1;  //额外扩展位,占10bits长度 unsigned int extra : 10; } quicklistNode;

4. 哈希对象

  • 哈希对象编码可以是ziplisthashtable

  • 使用ziplist编码的条件:

    • 键和值的字符串长度小于64字节;
    • 键值对数量少于512个;
  • 使用ziplist编码时:

  • 使用hashtable编码时:

  • 哈希表命令请见《Redis常用命令及示例总结》;

5. 集合对象

  • 集合对象的编码可以是intsethashtable
  • 使用inset编码的条件:
    • 所有元素为整数值;
    • 保存的元素不超过512个;
  • 使用inset编码时:
  • 使用hashtable编码时:
  • 集合命令请见《Redis常用命令及示例总结》;

6. 有序集合对象

  • 有序集合的编码可以是ziplistskiplist

  • 压缩列表内的集合元素按分值从小到大排列;

  • 使用ziplist编码时:

  • 使用ziplist编码的条件:

    • 元素数量少于128个;
    • 元素长度小于64字节;
  • 使用skiplist编码时,使用zset结构作为底层实现;

  • zset的定义:

    typedef struct zset{ //跳跃表 zskiplist *zsl; //字典 dict *dict;} zset;
    • 跳跃表和字典使用指针来共享相同的元素和分值,因此不会产生重复,也不会造成内存浪费;
  • 有序集合命令请见《Redis常用命令及示例总结》;


7. Redis对象的特点

7.1 类型检查与命令多态

  • Redis的命令基本上分两类。一种是可以对任意类型的键操作(基于类型的多态),一种是只能对特定类型的键执行(基于编码的多态);
  • 在执行特定类型命令之前,服务器会先检查redisObject结构的type属性,判断是否为执行该命令所需的类型。是则执行,否则返回类型错误;
  • Redis还会根据值对象的编码方式选择正确底层方法,使一个命令可以同时用于处理多种不同编码方式的数据结构,进而实现多态命令;

7.2 内存回收

  • C语言不具备自动回收内存的功能,Redis构建一个引用计数计数实现内存回收机制;

  • 引用计数由redisObject结构的refcount属性记录:

    typedef struct redisObject{ //... //引用计数 int refcount;  //...}
    • 创建新对象时,refcount被初始化为1;
    • 对象被新程序使用时,refcount++
    • 对象不被一个程序使用时,refcount--
    • 对象计数值为0时,对象占用的内存会被释放;

7.3 对象共享

  • 对象的计数属性带有对象共享的作用;
  • 当多个键保存同一个值时,这些键的值指针指向同一个值对象,值对象的refcounr为n;
  • Redis在初始化服务器时,会创建一万个字符串对象(0~9999的字符串对象),当服务器需要用到这些值对象时,服务器会使用这些共享对象,而不是创建新对象;
  • Redis只对包含整数值的字符串对象进行共享,验证数字的时间复杂度为O(1);

7.4 对象的空转时长

  • redisObject结构里有个lru属性,记录对象最后一次被命令程序访问的时间;
    typedef struct redisObject{ //... unsigned lru:22; //...}
  • 使用命令OBJECT IDLETIME可以显示对象的空转时间,不会改变对象的空转时间;
  • 如果服务器打开maxmemory选项,并且回收内存的算法为volatile-lruallkeys-lru,那么当服务器占用的内存数超过maxmemory选项设置的上限值是,空转时间较高的键会优先被服务器释放,回收内存;


最后

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