面试官:小明呀,redis 有几种数据结构呀?

小明:8 种

面试官:那你说一下分别是什么?

小明:raw,int,ht,zipmap,linkedlist,ziplist,intset,skiplist,embstr

面试官:额,你在说什么?

小明:在回答你的问题呀,这个问题我可是有过研究的redis数据类型,不会错的

面试官:好吧,今天的面试先到这里,你回去等通知吧

小明:…

上面发生的对话,到底是面试官有问题,还是小明有问题呢?其实是都有问题的,面试官的提问不准确,小明的回答也不准确。

但可以看出,面试官的水平一般,因为听到这些名词并不知道小明说的是 redis 底层的编码类型,进而错失了深入挖掘小明技术潜力的机会。而小明也有些自作聪明,忽略了面试官想考察的知识点,把自己最近看的一些皮毛拿出来秀了秀,结果导致了一场误会。

就着上面这个引子,我们本篇文章就来聊聊,redis 中的数据结构那些事。

redis 源码选取的版本:3.0.0

本篇文章的目标:知道 redis 的编码类型这个概念,并按照源码级的深度去理解为什么要设置不同的编码类型,但不会过多展开各种底层数据结构的细节

redis 的对象类型与编码类型

redis 的对象类型,就是面试中常考的 redis 数据类型有哪些 这个问题所问的准确说法redis数据类型,这个对于我们这些只会面试不会开发的程序员来说,简直再熟悉不过啦,就是字符串、哈希、列表、集合、有序集合,这个在 redis 源码中能找到准确的定义:

redis.c

/* Object types */
#define REDIS_STRING 0
#define REDIS_LIST 1
#define REDIS_SET 2
#define REDIS_ZSET 3
#define REDIS_HASH 4

好多人对 redis 数据结构的理解可能就止步于此了,但其实这只是 redis 对外暴露的抽象结构,其底层实现要看其编码类型来决定使用该编码类型对应的数据结构。

如果一个对象类型只有一种底层数据结构的实现方式,那么这个编码类型就完全多余了,早期的 redis 的确没有这个概念。但后来为了优化性能,一种对象类型可能对应多种不同的编码实现,于是乎关于 redis 底层数据结构的知识点,就开始复杂起来了。编码类型在 redis 源码中也有准确定义:

redis.c

/* Objects encoding. Some kind of objects like Strings and Hashes can be
 * internally represented in multiple ways. The 'encoding' field of the object
 * is set to one of this fields for this object. */

#define REDIS_ENCODING_RAW 0     /* Raw representation */
#define REDIS_ENCODING_INT 1     /* Encoded as integer */
#define REDIS_ENCODING_HT 2      /* Encoded as hash table */
#define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3  /* Encoded as zipmap */
#define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* Encoded as regular linked list */
#define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */
#define REDIS_ENCODING_INTSET 6  /* Encoded as intset */
#define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7  /* Encoded as skiplist */
#define REDIS_ENCODING_EMBSTR 8  /* Embedded sds string encoding */

其实我们不用寻找任何额外的二手资料来解释编码类型的作用,直接看源码中的英文注释即可。

对象编码(编码类型):有些对象类型如字符串、哈希,其内部实现可以有多种方式,一个 redis 对象的 encoding 字段可以设置下面几个值来表示这个对象的底层编码类型

同一个对象类型,可以有不同的编码类型作为底层实现。而同一种编码类型,也可以支持上层的多种对象类型。他们的关系如下:

redis 数据结构类型_redis数据类型_redis sorted set类型

redis对象类型与编码类型

读到这里你一定有至少三个疑问:

别急,这一部分只是让你知道,redis 面对使用者暴露的只是一个抽象的数据结构,并不代表其底层的具体实现。接下来带你慢慢深入。

为什么一种对象类型要对应多种编码类型

写 redis 的大牛也是程序员,总不能他给自己增加了代码的复杂性,又对性能提升毫无帮助吧?毕竟 redis 这种中间组件必须以性能来取胜同类产品。没错,就是为了 性能提升。

直观感受编码类型的不同

首先我们来直观感受一下同一对象对应不同编码类型这一场景,这里用到了 object encoding xxx 这个 redis 命令来查看某一个 key 其 value 对象所使用的编码类型

127.0.0.1:6379> set number 100
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
"int"
127.0.0.1:6379> set number "100"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
"int"
127.0.0.1:6379> set number abc
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
"embstr"
127.0.0.1:6379> set number aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
"raw"
127.0.0.1:6379> set number 9999999999999999999999999
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
"embstr"
127.0.0.1:6379> set number 99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number
"raw"

我们用我们最常使用的字符串做了测试,观察到其编码类型随着我设置的 value 值不同而改变,我整理了如下表格来表示上面的测试结果

value编码类型

100

int

“100”

int

abc

embstr

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

raw

9999999999999999999999999

embstr

99999999999999999999999999999999999999999

raw

当然,我是因为知道字符串的编码类型的条件,踩专门选取了这些有代表性的值进行测试,我们可以总结出一个规律

redis 对字符串编码类型的优化浅析

上面的实验我们了解到,字符串对象的编码类型确实有三种:int,raw,embstr。

int 类型分析起来没什么意思,想想就知道肯定是能用整型存储的,尽量用整型存储,一定比字符串方式更节省空间嘛。下面我们分析一下,长字符串和短字符串的编码类型做了区分,这是为什么呢?

不只是字符串类型,包括哈希、列表这些对象类型,都是用一个统一的结构体 redisObject 来表示的。他的结构如下:

redis.h

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4; // 对象类型
    unsigned encoding:4; // 编码类型
    void *ptr; // 值的指针
    ...(省略一些不重要的字段)
} robj;

占了 4 位的 type 表示 对象类型(5 种那个),同样占了 4 位的 encoding 字段表示 编码类型(8 种那个),指针字段 ptr 表示实际值的 内存地址。

如果该对象的编码类型为整数(encoding=REDIS_ENCODING_INT),那么这个 ptr 指向的将会是一个 long 类型的变量。

util.c

if (!string2ll(s,slen,&llval))
    return 0;
...
*lval = (long)llval;
return 1;

object.c

...
o->ptr = (void*) value;

如果该对象的编码类型为 raw 或者 embstr,那么这个 ptr 指向的将会是一个 sdshdr 结构的变量

sds.h

struct sdshdr {
    unsigned int len; // 字符串长度
    unsigned int free; // buf空闲数
    char buf[]; // 字符数组
};

既然都是指向同一个结构,那是怎么优化的呢?那就得进入如下两个方法具体看看了

object.c

robj *createStringObject(char *ptr, size_t len) {
    if (len <= 39)
        return createEmbeddedStringObject(ptr,len);
    else
        return createRawStringObject(ptr,len);
}

你看,这段代码非常清晰,字符串长度

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