概述
我们平时用 Redis都是处于用户层面,我们可能会不加思索地操作一个 key-value 对来方便地存取数据,感觉方便之至。但你知道这些数据在背后是如何存储以及编码的吗? 了解清楚了这个问题,将对我们更加高效地使用 Redis具有指导意义。本文开始我们将结合 Redis源码来逐个探讨Redis五大数据类型的内部编码机制。
- 实验环境:Redis 4.0.10
Redis数据类型内部编码概况
对于 Redis的常用 5 种数据类型(String、Hash、List、Set、sorted set),每种数据类型都提供了 最少两种 内部的编码格式,而且每个数据类型内部编码方式的选择 对用户是完全透明的,Redis会根据数据量自适应地选择较优化的内部编码格式。
如果想查看某个键的内部编码格式,可以使用 OBJECT ENCODING keyname
指令来进行,比如:
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> set foo bar
OK
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> object encoding foo // 查看某个Redis键值的编码
"embstr"
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379>
Redis
的每个键值内部都是使用一个名字叫做 redisObject
这个 C语言结构体保存的,其代码如下:
解释如下:
type
:表示键值的数据类型,包括 String、List、Set、ZSet、Hashencoding
:表示键值的内部编码方式,从 Redis源码看目前取值有如下几种:
#define OBJ_ENCODING_RAW 0 /* Raw representation */
#define OBJ_ENCODING_INT 1 /* Encoded as integer */
#define OBJ_ENCODING_HT 2 /* Encoded as hash table */
#define OBJ_ENCODING_ZIPMAP 3 /* Encoded as zipmap */
#define OBJ_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* No longer used: old list encoding. */
#define OBJ_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */
#define OBJ_ENCODING_INTSET 6 /* Encoded as intset */
#define OBJ_ENCODING_SKIPLIST 7 /* Encoded as skiplist */
#define OBJ_ENCODING_EMBSTR 8 /* Embedded sds string encoding */
#define OBJ_ENCODING_QUICKLIST 9 /* Encoded as linked list of ziplists */
refcount
:表示该键值被引用的数量,即一个键值可被多个键引用
本文我们就从 Redis最基本的 String类型的内部编码开始探讨!
String类型的内部编码情况
字符串是 Redis最基本的数据类型,Redis 中字符串对象的编码可以是 int
,raw
或者 embstr
中的某一种,分别介绍如下:
- int 编码:保存long 型的64位有符号整数
- embstr 编码:保存长度小于44字节的字符串
- raw 编码:保存长度大于44字节的字符串
我们不妨来做个实验实际看一下:
实际情况就是 Redis 内部会根据用户给的不同键值而使用不同的编码格式,而这一切对用户完全透明!
Redis 是使用 SDS(“简单动态字符串”)这个结构体来存储字符串,代码里定义了 5种 SDS结构体:
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
uint8_t len; /* used */
uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
uint16_t len; /* used */
uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
uint32_t len; /* used */
uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
uint64_t len; /* used */
uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
可以看出,除了结构体字段数据类型的不同,其字段含义相差无几,其中:
len
:字符串的长度(实际使用的长度)alloc
:分配内存的大小flags
:标志位,低三位表示类型,其余五位未使用buf
:字符数组
了解了这些基本的数据结构以后,我们就来看看上面例子中:
- set foo 123
- set foo abc
- set foo abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdeffasdffsdaadsx
这三种情形下 Redis 内部到底是怎么存数据的!
INT 编码格式
命令示例: set foo 123
当字符串键值的内容可以用一个 64位有符号整形 来表示时,Redis会将键值转化为 long型来进行存储,此时即对应 OBJ_ENCODING_INT
编码类型。
OBJ_ENCODING_INT
编码类型内部的内存结构可以形象地表示如下:
而且 Redis 启动时会预先建立 10000 个分别存储 0~9999 的 redisObject 变量作为共享对象,这就意味着如果 set字符串的键值在 0~10000 之间的话,则可以 直接指向共享对象 而不需要再建立新对象,此时键值不占空间!
因此,当执行如下指令时:
set key1 100
set key2 100
其实 key1 和 key2 这两个键值都直接引用了一个 Redis 预先已建立好的共享 redisObject 对象,就像下面这样:
源码之前,了无秘密,我们再对照下面的源码,来理解一下上述过程
EMBSTR编码格式
命令示例: set foo abc
Redis 在保存长度小于 44 字节的字符串时会采用 OBJ_ENCODING_EMBSTR
编码方式,口说无凭,我们来瞅瞅源码:
从上述代码中很容易看出,对于长度小于 44的字符串,Redis 对键值采用OBJ_ENCODING_EMBSTR
方式,EMBSTR 顾名思义即:embedded string,表示嵌入式的String。从内存结构上来讲 即字符串 sds结构体与其对应的 redisObject 对象分配在 同一块连续的内存空间,这就仿佛字符串 sds 嵌入在 redisObject 对象之中一样,这一切从下面的代码即可清楚地看到:
因此,对于指令 set foo abc
所设置的键值,其内存结构示意图如下:
RAW 编码格式
指令示例: set foo abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdeffasdffsdaadsx
正如指令示例,当字符串的键值为长度大于 44 的 超长字符串 时,Redis 则会将键值的内部编码方式改为 OBJ_ENCODING_RAW
格式,这与上面的 OBJ_ENCODING_EMBSTR
编码方式的不同之处在于 此时动态字符串 sds 的内存与其依赖的 redisObject 的 内存不再连续 了,以 set foo abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdeffasdffsdaadsx
为例,其键值的内存结构如下所示:
到此就讲完了最基本的String数据类型的内部编码情况,怎么样,还是挺好理解的吧!
后续我们将继续剖析 Redis 中 Hash 数据类型的内部编码格式。
后 记
由于能力有限,若有错误或者不当之处,还请大家批评指正,一起学习交流!
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