Redis初级教程：了解Redis的基本概念

Redis 是什么？

Redis是一个开源（BSD许可）的，利用内存进行存储的数据结构存储系统；它可以用作数据库、缓存和消息中间件。

• redis由意大利人 Salvatore Sanfilippo 使用C语言开发
• redis支持字符串（string）、列表（list）、集合（set）、有序集合（zset）、散列表（hash）五种基本数据结构类型
• redis从 2.2.0 版本开始支持bitmap；在 2.8.9 版本添加了 HyperLogLog 用以进行基数统计；在 3.2 版本中新增了对GEO(地理位置)的支持
• redis支持简单事物与数据持久化，提供 RDB、AOF两种可选的持久化方式
• redis可以用作数据库、缓存、消息队列等

Redis 数据结构

value 对应的五种数据结构

Redis存储key-value键值对数据，其中key类型为字符串，value对应五种数据结构，如下图所示：

value 对应的五种数据结构

• 字符串（string）类型的数据结构，对应的就是一个普通的字符串
• 散列表（hash）类型的数据结构，对应的就是一个hash table，散列表特别适合用于存储对象
• 列表（list）类型的数据结构，对应的就是一个双向列表，按照插入顺序排序
• 集合（set）类型的数据结构，对应的就是一个string类型的无序集合，集合中的数据不能重复出现
• 有序集合（zset）类型的数据结构, 对应的就是一个string类型的有序集合，排序因子为每个元素附带的一个double型的分数

Redis 核心对象 redisObject

在redis的 key-value存储系统中，value 类型则为 redis 对象 redisObject, redisObject对象可以绑定对应的五种数据类型，如下图所示：

Redis 核心对象 redisObject

• 数据类型(type)，对应五种数据类型
• 编码方式(encoding)，指定所绑定数据类型的编码方式
• 数据指针(ptr), 指向对象底层实现的数据结构
• 虚拟内存(vm), 该功能默认处于关闭状态，只有打开了redis的虚拟内存功能，才会给vm分配真正的内存

编码方式（encoding）

• raw RAW编码方式使用简单动态字符串来保存字符串对象,才有预分配空间的方式来避免字符串修改时频繁的分配释放内存
• int INT编码方式以整数保存字符串数据，仅限能用long类型值表达的字符串
• embstr 从Redis 3.0版本开始字符串引入了EMBSTR编码方式，长度小于OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT(39)的字符串将以EMBSTR方式存储。采用这个方式可以减少内存分配的次数，提高内存分配的效率，降低内存碎片率。
• hashtable 当数据类型无法满足使用ziplist的条件时，Redis会使用hashtable作为数据结构的内部实现
• ziplist 列表(List),散列表(Hash),有序集合(Sorted Set)在成员较少，成员值较小的时候都会采用压缩列表(ZIPLIST)编码方式进行存储；成员值”较小”的标准可以通过配置项进行配置；压缩列表简单来说就是一系列连续的内存数据块，其内存利用率很高，但增删改查效率较低，所以只会在成员较少，值较小的情况下使用。
• linkedlist 在Redis 3.2版本之前，一般的链表使用LINKDEDLIST编码。在Redis 3.2版本开始，所有的链表都是用QUICKLIST编码。两者都是使用基本的双端链表数据结构，区别是QUICKLIST每个节点的值都是使用ZIPLIST进行存储的。
• skiplist 跳跃表(SKIPLIST)编码方式为有序集合对象专用，有序集合对象采用了字典+跳跃表的方式实现；其中字典里面保存了有序集合中member与score的键值对，跳跃表则用于实现按score排序的功能
• intset 当一个集合只包含整数值元素， 并且这个集合的元素数量不多时， Redis 就会使用整数集合作为集合键的底层实现

Redis这种通过redisObject指定数据结构编码方式的设计有两个好处：

• 可以改进内部编码，而对外的数据结构和命令没有影响，这样一旦开发开发出优秀的内部编码，无需改动外部数据结构和命令。
• 多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势。例如ziplist比较节省内存，但是在列表元素比较多的情况下，性能会有所下降，这时候Redis会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为linkedlist。

Redis 五种数据结构对应的内部编码

Redis在不同的情况下会为数据对象选择适合的编码方式

Redis 五种数据结构对应的内部编码

string

• int：8个字节的长整型
• embstr：小于等于39个字节的字符串
• raw：大于39个字节的字符串

hash

• ziplist（压缩列表）：当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个），同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64个字节）时，Redis会使用ziplist作为哈希的内部实现ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，所以在节省内存方面比hashtable更加优秀
• hashtable（哈希表）：当哈希类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用hashtable作为哈希的内部实现。因为此时ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O(1)

list

• ziplist（压缩列表）：当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个）同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64个字节）时，Redis会使用ziplist作为哈希的内部实现
• linkedlist（链表）：当列表类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用linkedlist作为列表的内部实现

set

• intset（整数集合）：当集合中的元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries配置（默认512个）时，Redis会选用intset来作为集合内部实现，从而减少内存的使用。
• hashtable（哈希表）：当集合类型无法满足intset的条件时，Redis会使用hashtable作为集合的内部实现

zset

• ziplist（压缩列表）：当有序集合的元素个数小于zset-max-ziplist-entries配置（默认128个）同时每个元素的值小于zset-max-ziplist-value配置（默认64个字节）时，Redis会用ziplist来作为有序集合的内部实现，ziplist可以有效减少内存使用
• skiplist（跳跃表）：当ziplist条件不满足时，有序集合会使用skiplist作为内部实现，因为此时zip的读写效率会下降

reference

• redis中文官网
• 菜鸟教程-Redis
• Redis数据编码方式详解
• Redis的五种数据结构的内部编码