《Redis设计与实现》笔记1—数据结构与对象

一、简单动态字符串SDS

1、SDS的定义

1、C字符串：在C语言中字符串实际上是以null字符串''来终止的一维字符数组；因此字符串以null结尾，并且包含了组成字符串的字符。而在Redis中，它有着自己的字符串结构，Redis只有在字符串不需要修改的时候使用C字符串，其余情况下都使用简单动态字符串(Simple dynamic string,SDS)

2、如下结构表示一个SDS值：free为0表示没有分配任何未使用的空间，len为5表示保存了一个字节长度为5的字符串，buf表示一个char类型的数组，最后一个字节保存了空字符串''

SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符串的1字节空间不计算在SDS的len属性中，并且分配空字符串到字符串末尾和分配额外的1字节空间，都是由SDS函数自动完成的。遵循这一惯例使得SDS可以直接重用一部分C字符串函数库中的函数

2、SDS与C字符串的区别

• 复杂度不同：C字符串并不记录自身的长度信息，所以获取字符串长度时需要遍历每个字符，复杂度为O(n)；而SDS自身的len属性已经包含了长度信息，因而复杂度仅为O(1)；设置和更新SDS长度的工作由SDS的API在执行时自动完成，无需手动进行修改；

• 杜绝缓冲区溢出：C字符串在进行字符串拼接时，如未为目标字符串分配足够多的内存，会出现缓冲区溢出的情况；而SDS API会在操作之前判断空间大小，若空间较小，会自动将空间扩展至所需的大小；

• 减少修改字符串带来的内存重新分配次数：每增加或减少一个C字符串，都需要重新分配内存，如果忽略这一步骤将会导致缓冲区溢出或内存泄漏问题；SDS则使用未使用空间解除字符串长度和底层数组长度之间的关联，即buff数组的长度并不一定就是字符数量加1，而是可以包含一些未使用的字节，字节的数量由free属性记录，通过未使用的空间，SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。

  空间预分配：①若SDS修改后的长度小于1MB，那么程序将分配和len属性同样大小的未使用空间，即len属性的值与free属性的值相同；②若SDS修改后的长度大于等于1MB，那么程序会分配1MB未使用的空间，举个例子来说：修改后的SDS长度未5MB，那么buf数组的实际长度将为5MB+1MB+1byte；这样在扩展SDS的字符串之前，SDS API都会先检查未使用空间是否足够，如果足够的话，API就会直接使用未使用空间，而无需执行内存重分配操作

  惰性空间释放：该策略用于优化SDS字符串缩短的操作，当SDS的API需要缩短SDS保存的字符串时，程序不立即使用内存重分配，而是使用free属性将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。通过惰性空间释放策略，SDS避免了缩短字符串时所需的内存重分配操作，为为将来可能由的增长操作提供了优化。与此同时，SDS也提供了响应的API，让我们在需要时真正的释放SDS未使用的空间

• 二进制安全：C字符串中的字符必须符合某种编码(如ASCII编码)，并且除了字符串末尾之外，字符串中不能包含空字符，否则最先被程序读入的空字符将被误认为是字符串结尾，这些限制使得C字符串只能保存文本数据，而不能保存像图片、音频、压缩文件之类的二进制数据。SDS的API都是二进制安全的，所有的API都会以处理二进制的方式处理SDS存放在buf数组中的一系列二进制数据，通过这类方使得Redis不仅可以保存文本数据，还可以保存任意格式的二进制数据

• 兼容部分C字符串函数：SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，它会将保存的末尾设置为空字符，并且总会为buf数组多分配一个字符来保存空字符，通过这一惯例，SDS可以在需要时重用<string.h>函数库，从而避免了不必要的重复代码

综上所述，总结如下：

C字符串	SDS
获取字符串长度的复杂度为O(N)	获取字符串长度的复杂度为O(1)
API是不安全的，可能会造成缓冲区溢出	API是安全的，不会造成缓冲区溢出
修改字符串长度N次必然需要执行N次内存重分配	修改字符串长度N次最多需要执行N次内存重分配
只能保存文本数据	可以保存文本或二进制数据
可以使用所有<string.h>库中的函数	可以使用一部分<string.h>库中的函数

3、SDS API

主要的SDS API操作如下图所示：

二、链表

链表在Redis中的应用非常广泛，比如列表键的底层实现之一就是链表，当一个列表键包含了数量比较多的元素，或者列表中包含的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用链表作为列表键的底层实现。当然还包括发布与订阅，慢查询和监视器等

1、链表和链表节点的实现

1、每个listNode链表节点都由前置节点、后置节点、节点的值组成，多个链表可以通过前指针和后指针组成双向链表，使用多个链表节点可以组成链表，但操作起来并不是很方便。在Redis中通常使用list对象来持有链表，其结构如下图所示：

• dup函数用于复制链表节点保存的值；
• free函数用于释放链表节点所保存的值；
• match函数用于对比链表节点所保存的值和另一个输入值是否相等；

2、下图是一个list结构和三个listNode结构组成的链表：

Redis的链表实现的特性总结如下：

• 双端：链表节点带有prev和next指针，获取某节点的前置节点和后置节点的复杂度都是O(1)；
• 无环：表头节点的prev指针和表位节点的next指针都是指向Null，对链表的访问以NULL为终点；
• 带表头指针和表位指针：通过list结构的head指针和tail指针，程序获取链表的表头节点和表位节点复杂度均为O(1)；
• 带链表长度计数器：程序使用list结构的len属性来对list持有的链表节点进行计数，因而获取节点数量的复杂度为O(1)；
• 多态：链表节点使用void*指针来保存节点的值，并且可以通过list节点的dup、free、match属性为节点值设置类型特定函数，所以链表可以用于保存各种不同类型的值

2、链表和链表节点中的API

如下图所示，为用于操作链表和链表节点的API

三、字典

字典又称符号表(Symbol table)、关联数组(associative array)或映射(map)，是一种保存键值对的抽象数据结构。字典在Redis中的应用相当广泛，比如Redis数据库就是使用字典作为底层实现的，对数据库的增删改查操作也是构建在对字典的操作上的。字典还是哈希键的底层实现之一，当一个哈希键包含的键值对比较多，又或者键值对中的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用字典作为哈希键的底层实现

1、字典的实现

1、哈希表

Redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。Redis字典所使用的哈希表由dictht结构定义，如下图：

• table属性是一个数组，数组中的每个元素都是一个指向dicEntry结构的指针，而每个dicEntry结构保存着一个键值对；
• size属性记录了哈希表大小，也就是table数组的大小；
• userd属性记录的是哈希表目前已有节点(键值对)的数量；
• sizemask数组的值总是等于size-1，这个属性和哈希值一起决定一个键应当被放到table数组的哪个索引上面

2、哈希表节点

哈希表节点使用dictEntry结构表示，每个dictEntry结构都保存着一个键值对，其结构如下图所示：

• key属性保存着键值对中的键，它可以是一个指针，或者是一个unit64_t整数，又或者是一个int64_t整数；
• V属性保存着键值对中的值；
• next属性是指向另一个哈希表节点的指针，这个指针可以将多个哈希表相同的键值对连接在一起，来解决键冲突的问题；

3、字典

Redis中的字典由dict结构表示，如下图：

• type属性是一个指向dictType结构的指针，每个dictType结构保存了一簇用于操作特定类型键值对的函数，Redis会为用途不同的字典设置不同的类型特定函数；

• privdata属性保存了需要传递给那些类型特定函数的可选参数；

  type属性和privdata属性是针对不同类型的键值对，为创建多态字典而设置的；通常会配合使用，示例如下：

• ht属性是一个包含两个项的数组，数组中的每个项都是一个dictht哈希表，一般情况下只会使用ht[0]哈希表，ht[1]哈希表只会在对ht[0]哈希表使用rehash时使用；
• rehashidx属性也与rehash有关，它记录了rehash目前的进度，如果目前没有在进行rehash，它的值则为-1

下图是一个普通状态下的字典：

2、哈希算法

当要将一个新的键值对添加到字典里面时，程序会先根据键计算出哈希值和索引值，再根据索引值将包含键值对的哈希节点放到哈希数组指定的索引上

• 哈希值：hash=dict->type->hashFunction(key)，使用字典设置的哈希函数计算key的哈希值
• 索引值：index=hash&dict->ht[x].sizemask，使用哈希表的sizemask属性和哈希值计算出索引值，根据情况不同，ht[x]为ht[0]或ht[1]；

当字典被用作数据库的底层实现，或者哈希键的底层实现时，Redis使用MurmurHash2算法来计算键的哈希值，该算法的优点在于即使输入的键是有规律的，算法仍能给出一个很好的随机分布性，并且其计算速度也非常快

3、解决键冲突

当有两个或以上数量的键被分配到了哈希表数组的同一索引上面时，就会发生冲突。Redis的哈希表使用链地址法来解决冲突，每个哈希表节点都有一个next指针，多个哈希表节点可以用next指针构成一个单向链表，而被分配到同一索引上的多个节点可以用这个单向链表连接起来。

因为dictEntry节点组成的链表没有指向链表表尾的指针，所以为了速度考虑，程序总是将新节点添加到链表的表头位置，复杂度为O(1)

4、扩展收缩与rehash

1、哈希表存在一个负载因子的概念，即load_factor=ht[0].userd/ht[0].size；

2、当满足以下任意一个条件时，程序会自动开始对哈希表执行扩展操作：

• 服务器没有在执行BGSave命令或BGReWriteAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于1；
• 服务器目前正在执行的BGSave命令或者BGReWriteAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于5

服务器是否在执行BGSave命令或者BGReWriteAOF命令会影响负载因子的大小，这是因为在执行上述命令时，Redis会创建当前服务进程的子进程，而大多数操作系统都采用写时复制技术来优化子进程的使用效率，通过提高所需的负载因子，从而尽可能地避免在子进程存在期间进行哈希表扩展操作，避免不必要的内存写入操作，最大限度地节约内存

3、当哈希表的负载因子小于0.1时，程序自动开始对哈希表进行收缩操作；

4、随着操作的不断进行，哈希表保存的键值对会逐渐地增多或减少，为了让哈希表的负载因子(load factor)维持在一个合理的范围内，当保存的键值对数量太多或太少时，程序需要对哈希表的大小进行相应的扩展或收缩，该工作通过执行rehash操作来完成，步骤如下：

1. 为字典ht[1]哈希表分配空间，空间大小取决于要执行的操作类型和h[0]中当前包含的键值对数量(假设这个数字为m)；如果是扩展操作，那么ht[1]的大小为第一个大于等于m*2的2的n次方幂；如果是收缩操作，那么ht[1]的大小为第一个大于等于m的2的n次方幂；
2. 对保存在ht[0]中的数据重新计算键的哈希值和索引值，然后将键值对放置到ht[1]哈希表的指定位置上；
3. 将ht[0]包含的所有键值对迁移到ht[1]后释放ht[0]，将ht[1]设置为ht[0]，并在ht[1]上创建一个新的空白哈希表，为下一次rehash做准备；

5、渐进式rehash

1、在进行rehash操作时，如果ht[0]内的键值对数量过于庞大，那么过大的计算量可能会导致服务器在一段时间内停止服务，所以rehash操作并不是一次性、集中式的完成，而是分多次、渐进式的完成的。详细步骤如下：

1. 为ht[1]分配空间，让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表；
2. 在字典中维持一个索引计数器变量rehashindex，并将它的值设置为0，表示rehash工作正式开始；
3. 在rehash进行期间，每次对字典进行添加、删除、查找或更新操作时，程序除了执行指定的操作以外，还会将ht[0]哈希表在rehashindex索引上的所有键值对rehash到ht[1]，当rehash工作完成后，程序将rehashindex的属性值加一；
4. 随着操作的不断进行，当ht[0]的所有键值对都被rehash到ht[1]时，程序的rehashindex属性值将设置为-1，表示操作已经全部完成；

2、渐进式rehash操作的好处在于其采用分而治之的方式，将rehash所需的计算工作均摊到对每个字典的添加、删除、查找、更新操作上，避免了庞大的计算量；

3、此外在渐进式rehash执行过程中，所有的删除、查找、更新操作都会在ht[0]和ht[1]两个哈希表上进行，而增加操作则一律添加至ht[1]中，以保证ht[0]中包含的键值对数量只简不增，直到rehash操作完成变为空表

6、常用的字典API

四、跳跃表

跳跃表(skiplist)是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点指针，从而达到快速访问节点的目的。跳跃表支持平均O(logN)、最坏O(N)复杂度的节点查找，还可以通过顺序性操作来批量处理节点。大部分情况下，跳跃表的效率可以和平衡树相媲美，其实现更为简单。

Redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现之一，如果一个有序集合包含的元素数量较多，又或者有序集合中元素的成员是比较长的字符串时，Redis就会使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现。

和链表、字典等数据结构被广泛应用在Redis内部不同，Redis只在两个地方用到了跳跃表，一个实现有序集合键，二是在集群节点中用作内部数据结构。

1、跳跃表的实现

跳跃表由zskiplistNode和zshiplist两个结构定义，zskiplistNode结构用于表示跳跃表的节点，而zskiplist结构则用于保存跳跃表节点的相关信息，如节点数量，指向表头节点和表表尾节点的指针等。如下图所示：

左下角的是zskiplist结构，该结构包含以下属性：

• header：指向跳跃表的表头节点；
• tail：指向跳跃表的表尾节点；
• level：记录跳跃表内，层数最大的节点的层数（表头节点的层数不计算在内）
• length：记录跳跃表的长度，即当前的节点的数量（表头节点不包含在内）

位于zskiplist右侧的是四个zskiplistNode结构，该结构包含以下属性：

• 层（level）：节点中使用L1、L2、L3等字样标记节点中的各个层。每层包括前进指针和跨度，前进指针用于访问位于表位方向的其它节点，而跨度则记录了前进指针所指向节点和当前节点的距离。上图中带数字的箭头就是前进指针，数字为跨度。程序从表头向表位进行遍历时，则会沿着层的前进指针进行；
• 后退指针（backward）：节点中用BW字样标注的就是后退指针，它指向当前节点的前一个节点，后退指针在程序从表尾向表头遍历时使用
• 分值（score）：各节点中的1.0，2.0，3.0就是节点所保存的分值，在跳跃表中，节点按各自所保存的分值从小到大排列；
• 成员对象（obj）：各个节点中的o1，o2，o3是节点保存的成员对象

需要注意的是，表头节点和其它节点的构造是一样的，但是其后退指针，分值和成员对象属性不会被用到

2、跳跃表节点

跳跃表节点结构定义如下：

1、层：跳跃表节点的level数组可以包含多个元素，每个元素都包含一个指向其它节点的指针，程序可以通过这些层来加快访问其它节点的速度，一般来说层数越多，访问其它节点的速度就越快。每次创建一个跳跃表节点，程序会根据幂次定律（越大的数出现的概率越小）随机生成一个介于1~32之间的值作为level数组的大小，大小也就是层的高度

2、前进指针：每层都有一个指向表尾方向的前进指针，用于从表头向表尾方向访问节点。如下图，先访问第一个节点，从第四层的前进指针移动到第二个节点，再从第二层的前进指针移动到表中的第三个节点，再从第二层的前进指针移动到表中的第四个节点，第四个节点继续访问遇到null，即到达了表尾，结束本次遍历

3、跨度：层的跨度用于记录两个节点之间的距离，指向null的所有前进指针其跨度都为0；跨度实际上是用来计算排位的（rank），如下图虚线，查找分值为2.0的节点时，经过了两个跨度为1 的节点，因此可以计算出，目标节点在跳跃表中的排位为2

4、后退指针：每个节点都只有一个后退指针，所以每次只能后退至前一个节点

5、分值：节点中的分值是一个double类型的浮点数，跳跃表中的所有节点都按分值从小到大来排序；

6、成员对象：成员对象是一个指针，它指向一个字符串对象，而字符串对象则保存着一个SDS值

在同一个跳跃表中，各个节点保存的成员对象必须是唯一的，但是多个节点保存的分值却可以是相同的，分值相同的节点将按照成员对象在字典序中的大小来排序，成员对象较小的节点会排在前面，成员对象较大的节点会排在后面

3、跳跃表

多个跳跃表节点可以组成一个跳跃表，跳跃表节点由zskiplist结构来持有，其结构定义如下：

header指针和tail指针分别指向跳跃表的表头和表尾节点，length属性用来记录节点的数量，level属性可以用于在O(1)复杂度内获取跳跃表中层高最大的节点的层数量

4、跳跃表API

五、整数集合

整数集合（intset）是集合键的底层实现之一，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

1、整数集合的实现

整数集合（intset）是Redis用于保存整数值的集合抽象数据结构，它可以保存类型为int16_t，int32_t，int64_t的整数，并且保证集合中不会出现重复元素。其结构如下：

• intset结构将contents属性声明为int8_t类型的数组，但实际上contents数组并不包含任何int8_t类型的值，它取决于encoding属性的值，如果encoding属性的值为intset_enc_int16，那么contents就是一个int16_t类型的数组，同理还有可能为32位或64位
• contents数组是整数集合的底层实现，整数集合每个元素都是该数组的一个item，各个项在数组中按值的大小从小到大有序地排列；
• length属性记录了整数集合包含的元素数量，即contents数组的长度；

2、升级与优势及降级

1、当将一个新元素添加到整数集合中，并且新元素的类型比整数集合现有所有元素的类型都要长时，整数集合需要先进行升级，再进行添加操作；步骤如下：

1. 根据新元素的类型，扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间；
2. 将底层数组现有的元素转换为新元素的类型，并将转换后的元素放置到正确的位置上，再放置的过程中，需要维持其有序性；
3. 将新元素添加到底层数组中；

2、整数集合升级策略有两个好处，一个提升整数集合的灵活性，另一个是尽可能地节约内存；

因为C语言是静态类型语言，所以为了避免类型错误，通常不会将两种类型的值放到同一个数据结构中，而Redis中的整数集合可以通过升级的方式自适应整数类型来避免类型错误，保持灵活性；通过支持3种整数类型，可以使用最小支持类型节约内存，并确保必要时升级

3、整数集合是不支持降级的，也就是说一旦数组进行了升级，编码就会一直保持升级后的状态；

3、整数集合API

六、压缩列表

压缩列表（ziplist）是列表键和哈希键的底层实现之一，当一个列表键只包含少量的列表项，并且列表项要么是小整数值，要么是长度较短的字符串时，Redis就会使用压缩列表来做列表键的底层实现

1、压缩列表的构成

压缩列表是Redis为了节约内存而开发的，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序列表（sequential）数据结构，一个压缩列表可以包含任意多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或一个整数值，其结构及用途如下图所示：

2、压缩列表节点的构成

每个压缩列表可以包含一个字节数组或者一个整数值，字节数组可以是以下三种长度之一：①小于等于2^6-1字节②长度小于等于2^14-1字节；③长度小于等于2^32-1字节；整数值可以是以下六种长度之一：①4位长，0~12之间的无符号整数；②1字节长的有符号整数；③3字节长的有符号整数；④int16_t类型整数；⑤int32_t类型整数；⑥int64_t类型整数

压缩列表节点由previous_entry_length、encoding、content三个部分组成

1、previous_entry_length

该属性以字节为单位，记录了压缩列表中前一个节点的长度，属性长度可以是1字节或5字节；如果前一节点的长度小于254字节，那么previous_entry_length属性的长度为1字节；如果前一节点的长度大于等于254字节，那么previous_entry_length属性的长度为5字节，并且属性中的第一字节会被设置为0xFE(254)，之后的4个字节则用于保存前一节点的长度，如下图：

因为节点的previous_entry_length属性记录了前一个节点的长度，所以程序可以通过指针运算，根据当前节点的起始地址来计算出前一个节点的起始地址

2、encoding

该属性记录了节点的content属性所保存数据的类型以及长度，根据字节数组编码和整数编码，分类如下：

• 一字节、两字节、五字节，值得最高位为00，01或10的是字节数组编码，这种编码表示节点的content属性保存着字节数组，数组的长度由编码除去最高两位之后的其它位记录；
• 一字节长，值的最高位以11开头的是整数编码，这种编码表示节点的content属性保存着整数值，整数值的长类型和长度由编码取出最高两位之后的其它位记录

3、content

该属性负载保存节点的值，节点值可以是一个字节数组或者整数，类型和长度由encoding属性决定

3、连锁更新

1、在一个压缩列表中，其节点长度都介于250~253之间，这时候新增一个长度大于等于254的节点并设置为表头，那压缩列表中的所有项都将依次后移，进行空间重分配，直至最后一个元素，这种连续多次空间扩展的操作即称为“连锁更新”；除了添加节点可能引发连锁更新外，删除节点也有可能引发连锁更新

2、因为连锁更新在最坏情况下需要对压缩列表进行N次空间分配操作，而且空间重分配的最坏复杂度为O(N)，所以连锁更新最坏复杂度为O(N^2)；但这并不意味着它会造成性能问题，一是因为发生此类情况的概率很低，二是因为较少节点的情况下不会对性能造成影响。基于上述情况，ziplistPush等命令的平均复杂度为O(n)

4、压缩列表API

七、对象

前面的章节依次介绍了Redis所用到的所有数据结构，但Redis并没有直接使用这些数据结构来实现键值对数据库，而是基于这些数据结构创建了一个对象系统，每个对象都用到了至少一种数据结构，在Redis执行命令前，我们会根据对象的类型来判断是否可以执行给定的命令。此外Redis基于引用计数机制实现了内存回收机制和对象共享机制，并且对象带有访问时间信息，在服务器启用了maxmemory功能的情况下，空转时长较大的键会被优先释放

1、对象的类型和编码

Redis使用对象来表示数据库中的键和值，每次创建一个键值对都会至少创建两个对象，一个对象用作键值对的键，一个对象用作键值对的值。每个对象都由redisObject结构表示，该结构中保存着如下属性：

• type属性：记录的是对象的类型，可以是①字符串对象②列表对象③哈希对象④集合对象⑤有序集合对象中的一个；对于键值对来说，键总是一个字符串对象，值可以是其中的一种；我们可以使用type命令确认值对象的类型

• encoding属性：对象的ptr指针指向对象的底层实现数据结构，而数据结构由对象的encoding属性决定；它记录了对象所使用的编码，而每种类型的对象都使用了至少两种不同的编码；我们可以使用object encoding命令查看值对象的编码

通过设定encoding属性来设定对象使用的编码，极大的提高了Redis的灵活性和效率，因为Redis可以根据不同的使用场景来为一个对象设置不同的编码，从而优化对象的效率

2、字符串对象

1、字符串对象的编码可以实int、raw或embstr

• 如果字符串对象保存的是整数值，并且整数值可以用long类型来表示，那么字符串对象会将整数值保存在字符串对象结构的ptr属性中(将void*转换成long)，并将字符串对象的编码设置为int；

• 如果字符串对象保存的是一个字符串值，并且其长度大于39字节，那么字符串对象将使用一个简单动态字符串(SDS)来保存这个字符串值，并将字符串对象的编码设置为raw

• 如果字符串对象保存的是一个字符串值，并且其长度小于等于39字节，那么字符串对象将使用embstr编码来保存这个字符串值；embstr编码是专门用于保存短字符串的一种优化编码方式，它和raw一样都使用redisObject和sdshdr结构来表示字符串对象；

  它有如下优势：①raw编码会调用两次内存分配函数来创建上述两个结构，而embstr编码只需要调用一次；②释放embstr编码需要调用一次内存释放函数，而raw编码需要两次；③embstr编码的字符串对象所有的数据都保存在一块连续的内存中，所以能更好的利用缓存带来的优势

• 用long double类型表示的浮点数也是作为字符串值来保存的，保存时会转换为字符串值，而在一些场景下使用时会转换为浮点值，使用完成有继续保存在字符串对象中

总结如下：

2、int编码和embstr编码的字符串对象会有一定条件下，转换为raw编码的字符串对象

• 对于int编码的字符，如果执行的命令使这个对象保存的不再是整数值，而是一个字符串值，那么字符串对象的编码将从int变为raw，如执行Append操作
• embstr编码的字符串对象没有对应的修改程序，所以embstr编码的字符串对象实际上时只读的，当执行修改命令时，程序会将其转换为raw对象，再执行转换操作

3、字符串命令实现方法汇总如下：

3、列表对象

1、列表对象的编码可以是ziplist和linkedlist

• ziplist编码的列表对象使用压缩列表作为底层的实现，每个压缩列表节点(entry)保存了一个列表元素；

• linkedlist编码的列表对象使用双端链表作为底层实现，每个双端链表节点(node)都保存了一个字符串对象，每个字符串对象都保存了一个列表元素，这里注意字符串对象是Redis五种类型的对象中唯一一种会被其它四种对象嵌套的对象

2、当列表对象同时满足以下两个条件时，列表对象使用ziplist编码，否则将使用linkedlist编码：①列表对象保存的所有字符串元素的长度都小于64字节；②列表对象保存的元素数量小于512个（需要注意的是这两个条件是可以通过配置文件中的list-max-ziplist-value和list-max-ziplist-entries进行修改的）

3、列表键的值为列表对象，所以用于列表键的所有命令都是针对列表对象来构建的，以下为一部分列表键命令：

4、哈希对象

1、哈希对象的编码可以是ziplist或者hashtable

• ziplist编码的哈希对象使用压缩列表作为底层实现，每当有新的键值对要加入到哈希对象时，程序会将保存了键的压缩列表节点推入到压缩列表的表尾，再将保存了值的压缩列表节点推入到压缩列表表尾
• hashtable编码的哈希对象使用字典作为底层实现，哈希对象中的每个键值都使用一个字典键值来保存对象，字典的每个键值又都是一个字符串对象

2、当哈希对象同时满足以下两个条件时，列表对象使用ziplist编码，否则将使用hashtable编码：①哈希对象保存的所有键值对的键和值的字符串长度都小于64字节；②列表对象保存的元素数量小于512个（需要注意的是这两个条件是可以通过配置文件中的list-max-ziplist-value和list-max-ziplist-entries进行修改的）

3、因为哈希键的值为哈希对象，所以用于哈希键的所有命令都是针对哈希对象来构建的，以下为一部分哈希键命令：

5、集合对象

1、集合对象的编码可以是intset或者hashtable

• intset编码的集合对象使用整数集合作为底层实现，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合里面
• hashtable编码的集合对象使用字典作为底层实现，字典的每个键都是一个字符串对象，每个字符串对象包含了一个集合元素，而字典的值则全部被设置为null

2、当集合对象满足哦以下两个条件时，对象使用intset编码，否则使用hashtable编码：①集合对象保存的所有元素都是整数值；②集合对象保存的元素个数不超过512个（第二个条件可以通过配置文件的set-max-intset-entries选项进行修改）

3、因为集合键的值为集合对象，所以用于集合键的所有命令都是针对集合对象来构建的，以下为一部分集合键命令：

6、有序集合对象

1、有序集合对象可以是ziplist或者skiplist

• ziplist编码的有序集合对象使用压缩列表作为底层实现，每个集合元素使用两个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(member)，第二个节点保存元素的分值(score)，分值小的元素会在靠近表头的位置，分值大的元素会在靠近表尾的位置；
• skiplist编码的有序集合对象使用zset结构作为底层的实现，一个zset结构同时包含一个字典和一个跳跃表；①跳跃表按分值从小到大保存了所有集合元素，每个跳跃表节点都保存了一个集合元素，其中object属性保存了元素的成员，score属性保存了元素的分值，通过跳跃表程序可以对有序集合进行范围型操作；②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，键保存了元素的成员，值保存了元素的分值，通过字典查找分值操作可以实现O(1)复杂度

有序集合每个元素都是一个字符串对象，每个元素的分值都是一个double类型的浮点数；zset结构同时使用跳跃表和字典不会产生任何重复成员或分值，因为它们都通过指针来共享相同元素的成员和分值，因而也不会浪费额外的内存

2、当有序集合对象同时满足以下两个条件时，对象使用ziplist编码，否则将使用skiplist编码：①有序集合保存的元素数量小于128个；②有序集合保存的所有元素成员的长度都小于64字节（需要注意的是这两个条件是可以通过配置文件中的list-max-ziplist-value和list-max-ziplist-entries进行修改的）

3、有序集合键的值为有序集合对象，所以用于有序集合键的所有命令都是针对有序集合对象来构建的，以下为一部分有序集合键命令：

7、类型检查与命令多态

1、Redis中用于操作键的命令基本上分为两种，一种可以对任意类型的键执行，如Del，Expire，Rename，Type，Object命令等；另外一种命令只能针对特定类型的键执行，如下：

• 字符串键操作：Set、Get、Append、Strlen等命令
• 哈希键操作：Hdel、Hset、Hget、Hlen等命令
• 列表键操作：Rpush、Lpop、Linsert、Llen等命令
• 集合键操作：Sadd、Spop、Sinter、Scard等命令
• 有序集合键操作：Zadd、Zcard、Zrank、Zscore等命令

2、执行一个命令前，Redis会先检查输入键的类型是否正确，如不匹配则会返回类型错误；其实现是通过redisObject结构的type属性来实现的

3、Redis除了会根据值对象的类型来判断键是否能够执行指定命令外，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命令；如针对列表对象执行Llen命令，系统会根据列表对象的编码是ziplist还是linkedlist来选择适用的函数进行操作，所以从面向对象的角度看，Llen命令是多态的；

Del、Expire等命令也是多态的，它们是类型的多态，而像Llen等命令是基于编码的多态

8、内存回收

1、C语言是不具备自动内存回收功能的，所以Redis在对象系统中构建了一个引用计数技术实现内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟踪对象的引用计数信息，来适当的时候自动释放对象并进行内存回收；计数信息由redisObject结构的refcount属性记录

2、对象的引用计数信息会随着对象的使用状态而不断变化：

• 创建对象时，引用计数的值会变被初始化为1；
• 当对象被新程序使用时，引用计数的值会被加1；
• 当对象不再被一个程序使用时，引用计数的值会被减1；
• 当对象的引用计数值变为0，对象所占用的内存会被释放；

3、以下为修改对象引用计数的API

9、对象共享

1、对象的引用计数属性还带有对象共享的作用（和.NET的字符串驻留池机制类似）；如键A创建了一个包含整数值100的字符串对象，键B同样需要创建一个这样的字符串对象，那么它可以共享键A的字符串对象，而对象的引用计数会从1变为2；共享机制对节约内存非常有帮助，数据库中保存的相同值对象越多，对象共享机制就能节约越多的内存

2、Redis在初始化服务器时会创建一万个字符串对象，包含从0~9999的整数值，当创建新对象需要用到这些字符串时，服务器就会使用这些共享对象，而不是创建新对象；共享对象不仅只有字符串键可以使用，那些在数据结构中嵌套了字符串对象的对象都可以使用

10、对象的空转时长

1、除了type、encoding、ptr、refCount外，redisObject还包含一个lru属性，它记录的是对象最后一次被访问的时间，可以通过Object Idletime命令打印出定键的空转时长，且不会影响lru属性的值

2、如果服务器打开了maxmemory选项，并且服务器用于回收内存的算法为volatile-lru或allkeys-lru，那么当服务器占用的内存数超过了maxmemory选项设定的上限，空转时间较长的部分键会被服务器优先释放，从而回收内存