深入了解Redis基础数据结构

• 基本数据类型

名称	数据类型(Type)	说明
简单动态字符串类	string	redis中最基本的数据类型，一个key对应一个value，string类型是二进制安全的，意思是 redis 的 string 可以包含任何数据。如数字，字符串，jpg图片或者序列化的对象
链表	list	list 说白了就是链表（redis 使用双端链表实现的 list），是有序的，value可以重复，可以通过下标取出对应的value值，左右两边都能进行插入和删除数据
字典	hash	是一个Map，指值本身又是一种键值对结构，如 value={{field1,value1},......fieldN,valueN}}
集合	set	集合类型也是用来保存多个字符串的元素，但和列表不同的是集合中 1. 不允许有重复的元素，2.集合中的元素是无序的，不能通过索引下标获取元素，3.支持集合间的操作，可以取多个集合取交集、并集、差集
有序集合	zset	有序集合和集合有着必然的联系，保留了集合不能有重复成员的特性，区别是，有序集合中的元素是可以排序的，它给每个元素设置一个分数，作为排序的依据

• 数据类型底层编码结构图

• 数据库结构体源码 (redisDb、dict、dictht、dictEntry、redisObject 源码示意)

  • redisDb

  Redis是内存数据库，除了需要redisObject对基础数据结构封装外，还需要一个结构体对数据库进行封装，用来管理数据库相关数据 和实现相关操作，这个结构体就是redisDb。

  redisDb有两个重要属性——dict和expires，分别是键空间散列 表、过期时间散列表。dict保存了所有的键值对，expires保存了键的过期时间，像scan、move、sort等命令是对redisDb键空间散列表的操作，expire、persist等命令是对redisDb键的过期时间散列表的操作，具 体我们将在后面讲解，redisDb结构体定义如下

  typedef struct redisDb {
      dict *dict; /* 键空间字典 */
      dict *expires; /* key的超时时间字典 */
      dict *blocking_keys; /* 阻塞的key */
      dict *ready_keys; /* 准备好的key */
      dict *watched_keys; /* 执行事务的key */
      int id; /* 数据库ID */
      long long avg_ttl; /* 平均生存时间，用于统计 */
      list *defrag_later; /* 逐渐尝试逐个碎片整理的key列表*/
  } redisDb;
  ​
  

  属性	说明
  *dict	键空间散列表，存放所有键值对
  *expires	过期时间散列表，存放键的过期时间，注意dict和expires中的键都指向同一个键的sds
  *blocking_keys	处于阻塞状态的键和对应的client
  *ready_keys	解除阻塞状态的键和对应的client，与blocking_keys，属性相对，为了实现需要阻塞的命令设计
  *watched_keys	watch的键和对应的client，主要用于事务
  id	数据库ID
  avg_ttl	数据库内所有键的平均生存时间
  defrag_later	逐渐尝试逐个碎片整理的key列表

  • dict

  typedef struct dict {
      dictType *type; /*该字典对应的特定操作函数*/
      void *privdata; /*该字典依赖的数据*/
      dictht ht[2]; /*Hash表，键值对存储再此； 一个字典有两个哈希表*/
      long rehashidx; /*rehash索引 rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
      unsigned long iterators; /*当前正在使用的迭代器数量/ */
  } dict;
  ​
  

  • dictType

  typedef struct dictType {
      uint64_t (*hashFunction)(const void *key);/*该字典对应的Hash函数*/
      void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);/*键对应的复制函数*/
      void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);/*值对应的复制函数*/
      int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);/*键的比对函数*/
      void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key); /*键的销毁函数*/
      void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj); 
  } dictType;/*值的销毁函数*/
  ​
  

  • dictht

  typedef struct dictht {
      dictEntry **table; // 指针数组，用于存储键值对
      unsigned long size; // table数组的大小
      unsigned long sizemask; //掩码 = size - 1
      unsigned long used; //table数组已存元素个数，包含next单链表的数据
  } dictht;
  

  • dictEntry

  typedef struct dictEntry {
      void *key; /*存储键*/
      union {
          void *val; /*db.dict中的val*/
          uint64_t u64;
          int64_t s64;/*db.expires中存储过期时间*/
          double d;
      } v; /*封装成一个对象*/
      struct dictEntry *next; /*当Hash冲突时，指向冲突的元素，形成单链表*
  } dictEntry;
  

  • redisObject

  Redis主要的数据结构，为了便于操作和维护，Redis在此基础上封装了redisObject对象，其定义在server.h文件，redisObject根据type的不同可以分为字符串对象、列表对象、集合对 象、有序集合对象、散列表对象、模块对象和流对象

  此外对象保存了数据底层存储所使用的编码，在存储数据时，Redis会自动选择合适的编码。对象还实现了引用计数，当程序不再使 用对象时，对象会自动释放

  typedef struct redisObject {
      unsigned type:4; //type表示Redis对象的类型，占用4位
      unsigned encoding:4; //encoding表示对象内部存储的编码，在一定条件下， 对象的编码可以在多个编码之间转化，长度占用4位
      unsigned lru:LRU_BITS; //lru占用24位，当用于LRU时表示最后一次访问时间，当用 于LFU时，高16位记录分钟级别的访问时间，低8位记录访问频率0到 255，默认配置8位可表示最大100万访问频次
      int refcount; // refcount表示对象被引用的LRU_BITS,当refcount为0时候，表示该对象不被任何对象引用，可进行垃圾回收
      void *ptr;// ptr是指向具体数据的指针，比如一个字符串对象，该指针 指向存放数据sds的地址
  } robj;
  

  属性	说明
  type	#define OBJ_STRING 0 /* 字符串对象 / #define OBJ_LIST 1 / 列表对象 / #define OBJ_SET 2 / 集合对象 / #define OBJ_ZSET 3 / 有序集合对象 / #define OBJ_HASH 4 / 散列表对象 / #define OBJ_MODULE 5 / 模块对象 / #define OBJ_STREAM 6 / 流对象 */
  encoding	#define OBJ_ENCODING_RAW 0 /* Raw representation / #define OBJ_ENCODING_INT 1 / 编码为整数 / #define OBJ_ENCODING_HT 2 / 编码为散列表 / #define OBJ_ENCODING_ZIPMAP 3 / 编码为zipmap / #define OBJ_ENCODING_LINKEDLIST 4 / 不再使用:旧列表编码 / #define OBJ_ENCODING_ZIPLIST 5 / 编码为压缩列表 / #define OBJ_ENCODING_INTSET 6 / 编码为整数集合 / #define OBJ_ENCODING_SKIPLIST 7 / 编码为跳表 / #define OBJ_ENCODING_EMBSTR 8 / 编码为简短字符串 / #define OBJ_ENCODING_Quicklist 9 / 编码为快速链表 / #define OBJ_ENCODING_STREAM 10 / 编码为listpacks的基数树*/

• 数据库结构体图

总结

由Redis基础的数据结构，引出对基本数据类型的介绍

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