Redis教程

Redis中的对象类型和编码

本文主要是介绍Redis中的对象类型和编码,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

每当我们通过Redis命令在数据库新创建一个键值对时,我们至少会创建两个对象,分别是键对象和值对象,Redis中的对象都是用redisObject结构表示,该结构中保存数据有关的三个属性分别是type属性、encoding属性和ptr属性:

typedef struct redisObject
{
    unsigned type:4;//类型
    unsigned encoding:4; //编码
    void *ptr;//指向底层实现数据结构的指针
    ...
}

1.类型

type属性记录的是对象的类型,对于Redis来说键总是一个字符串类型对象,而值可以是以下五种对象类型:

类型常量对象的名称
REDIS_STRING字符串对象
REDIS_LIST列表对象
REDIS_HASH哈希对象
REDIS_SET集合对象
REDIS_ZSET有序集合对象

在Redis中可以直接通过TYPE命令来看数据库键对应的值对象的类型。

2.编码

对象的ptr指针指向底层实现的数据结构,而encoding表示这些数据结构的编码属性,如下(下面的编码属性是Redis3.0,现在的Redis有新的数据结构例如quicklist,基本不用linkedlist):

编码常量编码所对应的底层数据结构
REDIS_ENCODING_INTlong类型的整数
REDIS_ENCODING_EMBSTRembstr编码的简单动态字符串
REDIS_ENCODING_RAW简单动态字符串
REDIS_ENCODING_HT字典
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST双端链表
REDIS_ENCODING_ZIPLIST压缩链表
REDIS_ENCODING_INTSET整数集合
REDIS_ENCODING_SKIPLIST跳跃表和字典

每种类型的对象至少使用了两种不同的编码,如下列出了每种对象可以使用的编码

REDIS_STRINGREDIS_ENCODING_INT整数值实现的字符串对象
REDIS_STRINGREDIS_ENCODING_EMBSTRembstr编码实现的字符串对象
REDIS_STRINGREDIS_ENCODING_RAW简单动态字符串实现的字符串对象
REDIS_LISTREDIS_ENCODING_ZIPLIST压缩列表实现的列表对象
REDIS_LISTREDIS_ENCODING_LINKEDLIST双端列表实现的列表对象
REDIS_HASHREDIS_ENCODING_ZIPLIST压缩列表实现的哈希对象
REDIS_HASHREDIS_ENCODING_HT字典实现的哈希对象
REDIS_SETREDIS_ENCODING_INTSET整数集合实现的集合对象
REDIS_SETREDIS_ENCODING_HT字典实现的集合对象
REDIS_ZSETREDIS_ENCODING_ZIPLIST压缩列表实现的有序集合对象
REDIS_ZSETREDIS_ENCODING_SKIPLIST跳跃表和字典实现的有序集合对象

可以使用OBJECT ENCODING命令查看一个数据库键的值对象的编码。

OBJECT ENCODING对不同编码的输出如下

编码常量OBJECT ENCODING命令输出
REDIS_ENCODING_INT"int"
REDIS_ENCODING_EMBSTR"embstr"
REDIS_ENCODING_RAW"raw"
REDIS_ENCODING_HT"hashtable"
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST"linkedlist"
REDIS_ENCODING_ZIPLIST"ziplist"
REDIS_ENCODING_INTSET"intset"
REDIS_ENCODING_SKIPLIST"skiplist"

通过不同的编码方式来处理对象,而不是为特定的对象指定一种固定的编码,极大提升的Redis的效率和灵活性。Redis可以根据使用场景来为一个对象设置不同的编码,从而优化对象在某一场景下的效率。

举个例子:列表对象的底层实现有两种:ziplist、linkedlist(现在被quicklist替代);当元素比较少且元素位数小时,Redis会用ziplist作为列表对象的底层实现,因为ziplist节约空间,并且在内存中是以连续块方式保存。而当元素变多的时候ziplist的优势就会逐渐消失(插入、删除元素耗时)这个时候linkedlist作为列表对象底层实现更加合适。

3.字符串对象

字符串对象的编码可以是int、raw或者embstr

如果一个字符串保存的是整数值,并且这个整数值可以用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体中的ptr属性里面(void*转换成long),这个时候字符串对象的编码方式设置为int。

redis> SET number 10086
OK
redis> OBJECT ENCODING number
"int"

如果保存的是一个字符串值,并且这个字符串的长度大于32字节,那么对象的编码方式是raw

redis> SET story "long, long ago there lived a king ...
OK
redis> STRLEN story
(integer) 37
redis> OBJECT ENCODING story
"raw"

如果字符串长度小于32字节,这个时候字符串对象的编码方式是embstr。

编码的转换:

int编码的字符串对象和embstr编码的字符串在条件满足的情况下会被转换成raw编码的字符串

下面列出字符串对象的部分命令,以及这些命令在不同编码下执行结果

命令int编码embstr编码raw编码
SET使用int编码保存值使用embstr编码保存值使用raw编码保存值
GET拷贝对象保存的整数值,将这个拷贝转换成字符串值,然后返回给客户端直接向客户端返回字符串值直接向客户端返回字符串值
INCRBYFLOAT取出整数值并将其转换成long double类型的浮点数,对这个浮点数进行加法运算取出字符串并尝试转换成long double类型,如果不能被转换成浮点数向客户端返回错误取出字符串并尝试转换成long double类型,如果不能被转换成浮点数向客户端返回错误
INCRBY对整数值进行加法计算尝试转换,如果不能被转换就向客户端返回错误尝试转换,如果不能被转换就向客户端返回错误
DECRBY同上同上同上
STRLEN拷贝对象保存的整数值,转换成字符串值,并计算字符串长度调用sdslen函数调用sdslen函数
APPEND将对象编码转换成raw,然后按raw编码方式执行此操作将对象编码转换成raw,然后按raw编码方式执行此操作调用sdscatlen函数
SETRANGE将对象编码转换成raw,然后按raw编码方式执行此操作将对象编码转换成raw,然后按raw编码方式执行此操作将字符串特定索引上的值设置为给定的字符串
GETRANGE拷贝 后转换成字符串返回直接返回直接返回

4.列表对象

列表对象的编码可以是ziplist或者linkedlist(这里是旧版本用的,新版本会用quicklist)

5.哈希对象(对比c++的unordered_map)

哈希对象的另一个名字是散列表,编码可以是ziplist和hashtable

ziplist编码的哈希对象底层使用压缩列表,每当新的键值对要加入哈希对象的时候,Redis会先向压缩列表中推入保存键的压缩列表介电,然后再推入保存值的压缩列表的节点。所以在哈希对象中同一键值对的两个节点总是紧挨在一起的,保存键的节点在前,保存值的节点在后。

hashtable编码的哈希对象使用字典作为底层实现这里不展开。

当哈希对象同时满足以下两个条件时,哈希对象使用ziplist编码:

1.哈希对象保存的所有键值对的键和值的字符串都小于64字节;

2.哈希对象保存的键值对数量小于512个;

不能满足这两个条件的哈希对象使用hashtable编码。(当然这些上限是可以修改的,具体修改Redis的配置文件)

6.集合对象(对比c++的unordered_set)

集合对象的编码可以是intset或者hashtable

当集合对象同时满足以下两个条件时,对象使用intset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数量不超过512个

7.有序集合对象

有序集合对象的编码可以是ziplist或者skiplist(底层用到字典和跳跃表)

ziplist编码时,每个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩列表的节点来保存,第一个节点保存成员(member)第二个节点保存分数(score);压缩列表会根据集合元素的分数从小到大进行排序。

skiplist编码时底层数据结构会用到跳跃表和字典,为什么同时使用呢?

在理论上可以单独使用跳跃表或者字典,为什么要将两个结合起来一起使用呢;这当然是Redis为了节约时间而采用的策略。如果单独使用字典,虽然查找成员的复杂度是O(1),但是字典是无序,每次执行范围操作(ZRANK、ZRANGE)是需要对所有元素排序则需要额外的时间复杂度和空间复杂度。如果单独使用跳跃表呢,那么查找成员这一操作时间复杂度就变成了O(logN)。所以Redis同时用了这两个结构来实现有序集合。

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