Redis系列之RedisObject

风干的腊肠
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简介

redis 是 key-value 存储系统，其中 key 类型一般为字符串，而 value 类型则为 redis 对象（redis object）。

每次当我们在redis数据库新创建一个值键对时，至少会创建两个对象，一个用于作为建对象，一个用于作为值对象。

redis每个对象都由一个redisObject的结构表示，该结构中与保存数据相关的三个属性分别是：type,encoding,ptr

/*
 * Redis 对象
 */
typedef struct redisObject {
 
    // 类型
    unsigned type:4;
 
    // 对齐位
    unsigned notused:2;
 
    // 编码方式
    unsigned encoding:4;
 
    // LRU 时间（相对于 server.lruclock）
    unsigned lru:22;
 
    // 引用计数
    int refcount;
 
    // 指向对象的值
    void *ptr;
 
}

编码和底层实现

RedisObject中的ptr属性指向对象底层实现的数据结构，encoding属性决定了数据结构的定义。

redis含有以下几种encoding

类型编码对象
REDIS_STRINGREDIS_ENCODING_INT使用整数值实现的字符串对象
REDIS_STRINGREDIS_ENCODING_RAW使用简单动态字符串实现的字符串对象
REDIS_STRINGREDIS_ENCODING_EMBSTR使用embstr编码的简单动态字符串实现的字符串对象
REDIS_LISTREDIS_ENCODING_ZIPLIST使用压缩列表实现的列表对象
REDIS_LISTREDIS_ENCODING_LINKENDLIST使用双端链表实现的列表对象
REDIS_HASHREDIS_ENCODING_ZIPLIST使用压缩列表实现的哈希对象
REDIS_HASHREDIS_ENCODING_HT使用字典实现的哈希对象
REDIS_SETREDIS_ENCODING_INTSET使用整数集合实现的集合对象
REDIS_SETREDIS_ENCODING_HT使用字典实现的集合对象
REDIS_ZSETREDIS_ENCODING_ZIPLIST使用压缩链表实现的有序集合对象
REDIS_ZSETREDIS_ENCODING_SKIPLIST使用跳跃列表和字典实现的有序集合对象

回收方式

redis的对象采用的是引用计数法，进行标记引用使用，当引用为0时，会将该对象销毁。当需要增加或减少引用时，必须调用相应的函数。如果基于redis进行二次开发，程序员必须遵守该准则。

// 增加 Redis 对象引用
void incrRefCount(robj *o) {
    o->refcount++;
    }
    // 减少 Redis 对象引用。特别的，引用为零的时候会销毁对象
void decrRefCount(robj *o) {
    if (o->refcount <= 0) redisPanic("decrRefCount against refcount <= 0");
    // 如果取消的是最后一个引用，则释放资源
    if (o->refcount == 1) {
    // 不同数据类型，销毁操作不同
    switch(o->type) {
        case REDIS_STRING: freeStringObject(o); break;
        case REDIS_LIST: freeListObject(o); break;
        case REDIS_SET: freeSetObject(o); break;
        case REDIS_ZSET: freeZsetObject(o); break;
        case REDIS_HASH: freeHashObject(o); break;
        default: redisPanic("Unknown object type"); break;
    }
    zfree(o);
  } else {
      o->refcount--;
  }
}

类型检测实现

对象的属性type，可以用在实现类型检测。

当客户端发送命令时，服务端会根据输入键的值对象的type类型是否为执行命令所需的类型，如果是则对键执行指定的命令。

否则，服务器将拒绝执行指定命令，并返回一个类型错误。

多态命令的实现

redis中存在两种多态命令：

  1. 类型多态命令：如EXPIRE、DEL、TYPE，不管键的值属于哪种类型，都要保证该执行执行正确
  2. 编码多态命令：如都是REDIS_LIST的TYPE，但是编码形式有可能是REDIS_ENCOIDNG_ZIPLIST也有可能是REDIS_ENCODING_LINKEDLIST，输入LLEN命令时，针对不同编码，需要选择该编码下的正确的命令实现。

对象共享

对象的属性refcount，除了用于实现引用计数外，还能用来实现整数对象共享的功能。会共享0~9999的字符串对象。

当键A跟键B的值都是一个整数100的对象时，redis不会创建两个新对象，而是创建一个整数100的对象，将refcount设置为2，表示有两个引用，该对象同时被键A和键B共享。数据库中保存相同值的对象越多，对象共享机制就能节约更多的内存。

为什么redis不共享非整数型对象

只有在共享对象跟目标对象完全相同的情况下，程序才会将共享对象作为键的值对象，而一个共享对象保存的数据越复杂，验证共享对象跟目标对象完全相同的过程复杂度就越高，消耗的cpu资源也越多。

  • 如果共享对象是保存整数型的字符串对象，验证复杂度为O(1)
  • 如果共享对象是保存字符串值的字符串对象，验证复杂度为O(n)
  • 如果共享对象时包含多个值的对象，比如哈希对象、列表对象，验证复杂度为O(n^2)

因此，尽管存储更复杂的对象能节约更多的内存，考虑到cpu时间的限制，redis只对保存整数值对象进行共享。

空转时长

RedisObject中属性lru记录了最后一次被程序访问的时间。

OBJECT IDELTIME命令可以打印出给定键的空转时长，其实就是通过当前时间减去键值对象lru记录的时间计算得出。

如果服务器开启了maxmemory选项且内存淘汰策略选择的是allkey-lru或者volatile-lru，当服务器占用的内存超过maxmemory选项所设置的上限时，空转时长较高的那部分键值将会优先被服务器释放，进而回收内存。

参考资料

  1. Redis设计与实现第三版
  2. Redis 源码日志 wiki.jikexueyuan.com/project/red…
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