小夥伴們大家好呀，好久不見啦（十天沒寫部落格呢。hh），最近沒有偷懶哦，而是在學習Redis。 好了廢話不多說，上幹貨吧！
一、redis的五種資料類型
redis作為目前最流行的Key-Value類型的記憶體資料庫，對于資料庫的操作都在記憶體中進行，并可定期的将資料異步的持久化到磁盤之上。由于是純記憶體的操作，是以它的性能比普通的關系型資料庫高出很多，同時由于是單線程串行的執行指令，是以也避免了加鎖和釋放鎖的開銷。相比于memcache，redis的每個value值最大可存儲1GB，而memcache隻有10MB，同時redis在速度上也快于memcache，還可以持久化。redis最大的特點則是，它可以支援五種基本資料類型，分别是字元串（string），清單（list），集合（set），有序集合（zset）以及哈希（hash），下面具體介紹下它們的特點以及内部實作。
二、redisObject
在redis中每個value都是以一個redisObject結構來表示，如下：
typedef struct redisObject{
//類型
unsigned type:4;
//編碼
unsigned encoding:4;
//指向底層資料結構的指針
void *ptr；
//引用計數器
int refCount；
//最後一次的通路時間
unsigned lru:
}
type：
type就是指這個對象的資料類型，即我們平常所認知的redis的五種資料類型，可以通過TYPE指令檢視一個對象的資料類型：
127.0.0.1:6379> set a 123
OK
127.0.0.1:6379> type a
string
127.0.0.1:6379> hmset b name jack age 12
OK
127.0.0.1:6379> type b
hash
127.0.0.1:6379> lpush c 1 2 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> type c
list
127.0.0.1:6379> sadd d 1 2 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> type d
set
127.0.0.1:6379> zadd e 2 a 3 b
(integer) 2
127.0.0.1:6379> type e
zset
127.0.0.1:6379>
encoding：
表示redisObject對象的底層編碼實作，主要有簡單動态字元串，連結清單，字典，跳躍表，整數集合以及壓縮清單，每一個value都是由兩種及以上的上述編碼所構成，後面詳細展出
*ptr
用于指向底層實作資料結構的指針
lru：
最後一次通路該對象的時間，可以通過Object idletime檢視目前時間距離該鍵的lru的時間，即空轉時間如下：
127.0.0.1:6379> set cbd 123
OK
127.0.0.1:6379> object idletime cbd
(integer) 90
127.0.0.1:6379> object idletime cbd
(integer) 95
127.0.0.1:6379> object idletime cbd
(integer) 98
127.0.0.1:6379> get cbd //通路了該鍵，是以lru重置
"123"
127.0.0.1:6379> object idletime cbd
(integer) 3
127.0.0.1:6379>
refCount
引用計數器，當建立一個對象的時間便将它的值初始化為1，當它被其它程式引用之時則加1，不再被引用則減1，當它的引用計數值變為0時，對象所占用的記憶體就會被釋放。是以它主要有兩個用途，記憶體回收的标志以及用于對象共享。
對象共享：當建立的兩個或多個鍵都是整數值并且相同時，則它們的鍵會共享這一個值對象，這樣可以減少記憶體的配置設定和回收，可以用OBJECT REFCOUNT檢視引用情況，如下：
127.0.0.1:6379> set first 123
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT refcount first
(integer) 1
127.0.0.1:6379> set second 123
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT refcount second
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT refcount first
(integer) 2
127.0.0.1:6379>
redis在初始化伺服器之時，會預設建立包含了值為0-9999的對象，當建立的鍵的值處于這個範圍之時，則直接添加引用即可。
struct sdshdr{
//記錄buf數組中已使用位元組的長度
int len;
//記錄buf數組中剩餘空間的長度
int free;
//位元組數組，用于存儲字元串
char buf[];
};
一個SDS示例如下：
當free為0時表示沒有任何未使用的空間，len表示字元串的長度，buf中存儲每一個位元組以及空字元，由于SDS遵循了C字元串以為’\0’結尾的特點，是以它也可以直接重用部分C函數庫裡的函數。
相比于C字元串，SDS具有以下特點：擷取長度的時間複雜度為O(1)，因為len直接儲存了目前字元串的長度；避免緩存區溢出，當C字元串進行拼接之時，如果未事先對目前字元串的空間進行調整，則可能會導緻目前字元串的資料溢出，導緻拼接過來的字元串内容被意外的修改，而SDS在拼接之前會進行自動的調整和擴充；減少記憶體配置設定次數，在SDS拼接發生以後，如果此時的len小于1MB則它會多配置設定和len大小相同的未使用空間，用free表示，如果大于1MB，則會配置設定1MB的為使用空間；惰性空間釋放，當字元串進行縮短的時候，程式并不會立即回收空間（也可以調用API立即釋放），而是記錄到free之中，以便于後序拼接的使用。
編碼：
字元串對象的編碼可以是int、raw或者embstr。其中int表示整型的值，embstr表示小于等于39位元組的字元串值，剩餘的均用raw表示，并且int和embstr都是隻讀的，一旦發生了append操作，即會轉換為raw。如下：
127.0.0.1:6379> set age 12
OK
127.0.0.1:6379> Object encoding age
"int"
127.0.0.1:6379> APPEND age 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> Object encoding age
"raw"
127.0.0.1:6379> set name jack
OK
127.0.0.1:6379> Object encoding name
"embstr"
127.0.0.1:6379> APPEND name ja
(integer) 6
127.0.0.1:6379> Object encoding name
"raw"
四、清單對象
連結清單提供了節點重排以及節點順序通路的能力，redis中的清單對象主要是由壓縮清單和雙端連結清單實作。
雙端連結清單（linkedlist）結構如下：
type struct list{
//表頭節點
listNode *head;
//表尾節點
listNode *tail;
//包含的節點總數
unsigned long len;
//一些操作函數 dup free match...
};
一個連結清單示例：
其中每個節點都有一個prev指針和一個next指針，而節點中的value則是清單對象具體的值。
壓縮清單（ziplist）結構如下：
type struct ziplist{
//整個壓縮清單的位元組數
uint32_t zlbytes;
//記錄壓縮清單尾節點到頭結點的位元組數，直接可以求節點的位址
uint32_t zltail_offset;
//記錄了節點數，有多種類型，預設如下
uint16_t zllength;
//節點
清單節點 entryX;
一個壓縮清單示例：
而每個清單節點中主要包括以下幾項：previous_entry_length，記錄了壓縮清單中前一節點的位元組長度，當小于254位元組時，它的長度為1位元組，當大于254位元組時，長度為5位元組且後4位元組儲存真正的長度，用于表尾向表頭周遊；content，節點所存儲的内容，可以是一個位元組數組或者整數；encoding，記錄content屬性中所儲存的資料類型以及長度。
編碼：
當清單對象所存儲的字元串元素長度小于64位元組并且元素數量小于512個時，使用ziplist編碼，否則使用linkedlist編碼，如下：
127.0.0.1:6379> rpush zip "hello" "world"
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding zip
"ziplist"
127.0.0.1:6379> rpush zip "fffffffffffffffffffffzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkcccccccccc"
(integer) 3
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding zip
"linkedlist"
127.0.0.1:6379>
五、集合對象
整數集合與字典：
集合對象的編碼可以是整數集合（intset）或者字典（hashtable）。
整數集合結構如下：
typedef struct intset{
//編碼方式
uint32_t encoding;
//元素數量
uint32_t length;
//存儲元素的數組
int8_t contents[];
}
整數集合的每個元素都是contents數組的一個數組項，各個項在數組中按值得大小從小到大有序排列，并且不包含重複的項。contents數組中元素的類型由encoding決定，當新加入元素之時，如果元素的編碼大于contents是數組的編碼，則會将所有元素的編碼更新為新加入元素的編碼，然後再插入。編碼不會發生降級。
字典的結構如下：
typedef struct dict{
//類型特定函數
dictType *type;
//哈希表 兩個，一個用于實時存儲，一個用于rehash
dictht ht[2];
//rehash索引 資料遷移時使用
unsigned rehashidx;
}
而哈希表的結構如下：
typedef struct dictht{
//哈希表數組
dictEntry **table;
//哈希表大小
unsigned long size;
//哈希表掩碼，總是等于size-1，存儲時計算索引值
unsigned long sizemask;
//已有元素數量
unsigned long used;
}
一個字典示例如下：
其中鍵值對都儲存在節點dictEntry之中，并且通過拉鍊法解決哈希沖突，存儲時通過MurmurHash算法來計算鍵的哈希值，能夠更好的提供随機分布性且速度也快。擴容時時采用漸進式的rehash，采用分而治之的方法，通過改變rehashidx的值，來一個個将元素移動到ht[1]中，完成以後将ht[1]變為ht[0]，原先的ht[0]變為ht[1]，同時将redhashidx置為-1。
編碼：
當集合對象所儲存的元素都是整數值且元素數量不超過512個時，使用intset編碼，否則使用hashtable編碼，如下：
127.0.0.1:6379> sadd cloud 1 2 3 4 5
(integer) 5
127.0.0.1:6379> object encoding cloud
"intset"
127.0.0.1:6379> sadd cloud a b c
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding cloud
"hashtable"
六、有序集合
跳躍表
有序集合的編碼可以是壓縮清單（ziplist）或者跳躍表（skiplist）。
跳躍表的結構如下：
typedef struct zskiplist{
//跳躍表的頭結點
zskiplistNode header;
//尾節點
zskiplistNode tail;
//跳躍表中層數最大的節點的層數（不包括頭結點）
unsigned long level;
//跳躍表長度（不包括頭節點）
unsigned int length;
其中的跳躍表節點結構如下：
typedef struct zskiplistNode{
//後退指針
struct zskiplistNode *backward;
//分值
double score;
//成員對象
robj *obj;
//層
struct zskiplistLevel{
//前進指針
struct zskiplistNode *forward;
//跨度
unsigned int span;
}level[];
};
每個level數組可以包含多個元素，裡面存儲有指向其他節點（不是下一個）的指針，可以加快通路速度；跨度用于表示兩個節點之間的距離，排位時使用；後退指針依次的從後向前通路；分值用于排序；成員是一個指向字元串對象的指針。
編碼：
當元素數量小于128個并且所有元素成員的長度都小于64位元組之時使用ziplist編碼，否則使用skiplist編碼，如下：
127.0.0.1:6379> zadd test 2 a 3 b
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding test
"ziplist"
127.0.0.1:6379> zadd test 4 ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffqwqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding test
"skiplist"
七、哈希
哈希對象的編碼可以是壓縮清單（ziplist）或者字典（hashtable），當哈希對象儲存的所有鍵值對的鍵和值得長度都小于64位元組并且元素數量小于512個時使用ziplist，否則使用hashtable。使用ziplist時，是依次将鍵和值壓傳入連結表之中，兩者相鄰。使用hashtable是是将鍵值對存于dictEntry之中。
ok，今天簡單介紹了Redis中五種底層的資料結構，在Redis中每個對象幾乎底層都是使用這些資料結構之一，是以了解并掌握這些底層知識還是很有必要的。希望能幫助到你。
如果有想學Redis的夥伴們的強烈建議看《Redis的設計與實作》一書，該書語言精煉，清晰明了，是入門Redis的一大利器。當然，書中一些案例需要一定的c語言知識。我的方法是先大體看一遍網課，了解Redis是什麼？ 怎麼用？ 然後再來看實體書。了解底層實作。這裡我推薦網課看尚矽谷的Redis課程，還不錯。我相信讀寫結合，一定會事半功倍。一起加油吧！