【Redis】 对象
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title: 【Redis】 对象
date: 2023-07-09 08:35
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- 行动阶段/完成
- 主题场景/数据存储
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- 细化主题/数据存储/Redis
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- 数据存储
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- 数据存储/Redis
description: 【Redis】 对象
概述
Redis 没有直接使用前文的数据结构来实现键值对数据库，而是基于这些数据结构构建了一个对象系统，通过对象组织数据结构，包括字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象和有序集合对象这 5 种对象。
使用对象的一个好处是可以针对不同的使用场景，为对象设置多种不同的数据结构实现，从而优化对象在不同场景下的使用效率。
Redis 使用对象来表示数据库的键和值。每个对象都是一个 redisObject 结构，是一个按照位段存储的结构，节约内存：
typedef struct redisObject{
//类型
unsigned type :4;
//编码
unsigned encoding:4;
//指向底层实现数据结构的指针
void *ptr;
...
} robj;
- Redis数据库中的每个键值对的键和值都是一个对象。
- Redis共有字符串、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。
- 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。
- 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。
- Redis会共享值为0到9999的字符串对象。
- 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。
对象的结构
Redis 使用对象来表示数据库的键和值。每个对象都是一个 redisObject 结构，是一个按照位段存储的结构，节约内存：
typedef struct redisObject{
//类型
unsigned type :4;
//编码
unsigned encoding:4;
//指向底层实现数据结构的指针
void *ptr;
...
} robj;
其中，type 是类型常量，记录对象的类型：
| 类型常量 | 对象的名字 |
|---|---|
| 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 |
encoding 记录对象使用的编码，即对象底层使用的具体数据结构：
| 编码常量 | 编码所对应的底层数据结构 |
|---|---|
| REDIS_ ENCODING_ INT | long类型的整数 |
| REDIS ENCODING EMBSTR | embstr编码的简单动态字符串 |
| 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 | 一秒乎 跳跃表和字典 |
Redis 对象采用 encoding 属性来设置编码，从而决定底层数据结构，而不是为特定类型的对象关联一种固定编码。这种方式极大地提高了灵活性和效率。
字符串对象
字符串对象可以是 int，raw 或 embstr。
- 如果字符串对象保存的是整数值，且这个数值可用 long 表示，底层就会以**
REDIS_ENCODING_INT**编码来实现。 - 如果字符串对象是一个字符串值，且这个字符串长度 >39 字节，字符串将使用一个 SDS 保存，底层编码为**
REDIS_ENCODING_RAW**。 - 如果字符串对象保存的是字符串，且这个字符串长度 <=39 字节，底层编码就是**
REDIS_ENCODING_EMBSTR**，使用 embstr 编码的方式保存字符串。
embstr 编码
专门用于保存短字符串的一种优化编码方式，与 raw 的效果相同，都使用 redisObject 和 sdshdr 结构来表示字符串对象，但是 raw 会调用两次内存分配函数分别创建 redisObject 和 sdshdr 结构。embstr 编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续空间，空间依次包括 redisObject 和 sdshdr 俩结构。
使用 embstr 编码保存短字符串的优点：
- 内存分配次数由两次降为 1 次。
- 释放 embstr 字符串对象只需调用 1 次内存释放函数。
- embstr 字符串放在一块连续的内存中，能更好地利用缓存带来的优势.
注：浮点数的存储，在 Redis 底层也会以字符串的形式保存。在有需要时，程序会将字符串对象中的字符串值转为浮点数值执行运算操作，然后再将结果转为字符串值保存。
编码的转换
int->raw：对 int 编码的字符串对象执行后，保存的不再是整数值，而是字符串值时。比如整数追加字符串。
embstr->raw：Redis 没有为 embstr 编写修改程序，所以是只读的，当 embstr 编码的字符串修改后，就变成 raw 编码的字符串对象。
列表对象
列表对象的编码是 ziplist 或 linkedlist。
当列表可以同时满足以下两个条件时，列表对象使用 ziplist 编码：
- 列表对象保存的所有字符串元素的长度都 <64 字节
- 列表对象保存的元素数量 <512 个
否则使用 linkedlist 编码。
注：两条件的上限值可通过配置文件修改。
使用 ziplist 编码，执行RPUSH elements "a" "b" 1，后的数据结构：
注：SDS 对象都以 StringObject 代替。
哈希对象
哈希对象的编码可以是 ziplist 或 hashtable。
- ziplist 的数据结构：每当有新的键值对插入哈希对象时，Redis 会先将保存键的压缩列表节点推入表尾，再将保存值的压缩列表节点推入表尾。
- hashtable 的数据结构：字典的每个键都是一个字符串对象，保存键；字典的每个值都是字符串对象，保存值
当哈希对象可以同时满足下两个条件时，使用 ziplist 编码：
- 哈希对象保存的所有键值对的值和键都 < 64 字节
- 哈希对象保存的键值对数量 <512 个
否则使用 hashtable 编码。
注：两条件的上限值可通过配置文件修改。
使用 ziplist 编码，执行HSET student name "madongmei" age 25 career "pick up trash"后的数据结构：
使用 hashtable 编码，执行HSET student name "madongmei" age 25 career "pick up trash"后的数据结构：
集合对象
集合对象的编码可以是 intset 或 hashtable。
如果以 hashtable 编码作为集合对象底层实现，那么字典的每个键都是一个字符串对象，值都是 null。
当集合对象同时满足以下两个条件时，使用 intset 编码：
- 集合对象保存的所有元素都是整数值
- 集合对象保存的元素数量 <=512 个
否则使用 hashtable 编码。
注：两条件的上限值可通过配置文件修改。
使用 intset 编码，执行SADDnumbers 1 3 5后的数据结构：
有序集合对象
有序集合的编码可以是 ziplist 或 skiplist。
使用 ziplist 编码时，每个元素使用两个紧挨在一起的压缩列表节点来保存，第一个节点保存元素的成员，而第二个元素则保存元素的分值。
如果是 skiplist 编码，使用 zset 结构：
typedef struct zset{
zskiplist *zsl;
dict *dict;
} zset;
dict 字典为有序集合创建了一个从成员到分值的映射，字典中的每个键值对都保存了一个集合元素：键保存元素，值保存分值。通过字典以 O(1) 查找给定成员的分值。有序集合元素都是字符串对象，分值都是 double 类型浮点数。zset 的跳跃表和字典通过指针来共享相同元素的成员和分值，不会浪费额外内存。
当有序集合对象同时满足以下两条件时，对象使用 ziplist 编码：
- 有序集合保存的元素数量 <128 个
- 有序集合保存的所有元素成员的长度都 < 64 字节
否则使用 skiplist 编码。
注：两条件的上限值可通过配置文件修改。
类型检查与命令多态
Redis 中用于操作键的命令可分为两种类型。一种是可对任何类型执行的，如 del，expire，rename 等。另一种命令只能对特定类型的键执行，如 set，get，hdel，hset，rpush 等。如果对特定类型使用其他类型的命令，那么就会报错。
类型检查的实现
为了确保只有制定类型的键可以执行某些特定命令，在执行前，Redis 会先通过 RedisObject 的 type 属性检查输入键的类型是否正确。
多态命令的实现
Redis 除了根据值对象判断键是否能够执行制定命令外，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。比如基于编码的多态，列表对象的编码可能是 ziplist 或 linkedlist，所以需要多态命令执行对应编码的 API。基于类型的多态是一个命令可以同时处理多种不同类型的键。
内存回收
由于 C 语言没有内存回收机制，Redis 在对象系统中构建了引用计数器技术实现内存回收机制。每个对象的引用计数器信息由 redisObject 的 refcount 来记录。当对象的引用计数值为 0 时，所占用的内存会被释放。
对象共享
引用计数器还有共享对象的作用。如果两个不同键的值都一样（必须是整数值的字符串对象），则将数据库键的值指针指向一个现有的值对象，然后将被共享对象的引用计数加一。如果不是整数值的对象，则需要耗费大量的时间验证共享对象和目标对象是否相同，复杂度较高，消耗 CPU 时间，所以 Redis 不会共享包含字符串的对象。
Redis 在初始化服务时，会创建很多字符串对象，包含 0~9999 的整数（和 Integer 的常量池有点像），当需要时，就能直接复用。
对象的空转时长
redisObject 还包含了 lru 属性，记录对象最后一个被命令程序访问的时间。object idletime命令可打印键的空转时长，就是当前时间减去 lru 时间计算得到的。
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