Redis 對于一個 Java 開發工程師來講，其實算不得什麼複雜新奇的技術，但可能也很少人去深入了解學習它的底層的一些東西。下面将通過對記憶體統計、記憶體劃分、存儲細節、對象類型&内部編碼這四個子產品來學習學習 Redis 的記憶體模型，手字筆錄，潛心修行。歡迎閱讀~
一、Redis 的記憶體統計
info memory 指令檢視記憶體使用情況：伺服器基本資訊、CPU、記憶體、持久化、用戶端連接配接資訊等等，如下圖：
1.1 used_memory和used_memory_rss
used_memory：Redis 配置設定器配置設定的記憶體總量 + 虛拟記憶體（磁盤）。
used_memory_rss：Redis程序占據作業系統的記憶體 + 程序運作本身需要的記憶體 + 記憶體碎片等 （*：注意 used_memory_rss 不包括虛拟記憶體）。
兩者差別：
①面向角度：used_memory: Redis角度 used_memory_rss：作業系統角度。
②大小不一定是後者大于前者：記憶體碎片和 Redis 程序運作需要占用記憶體，使得前者可能比後者小，另一方面虛拟記憶體的存在，使得前者可能比後者大。
1.2 mem_fragmentation_ratio
記憶體碎片比率， 等于 used_memory_rss / used_memory。
mem_fragmentation_ratio > 1 : 值越大，記憶體碎片比例越大。
mem_fragmentation_ratio < 1 : 說明 Redis 使用了虛拟記憶體。
*:由于虛拟記憶體的媒介是磁盤，比記憶體速度要慢很多，當這種情況出現時，應該及時排查，如果記憶體不足應該及時處理，如增加 Redis 節點、增加 Redis 伺服器的記憶體、優化應用等。
正常情況下：mem_fragmentation_ratio = 1.03左右 （健康：對于jemalloc來說）。
上面的情況：沒有向 Redis 中存入資料，Redis 程序本身運作的記憶體使得 used_memory_rss 比 used_memory 大得多。
1.3 mem_allocator：
Redis 使用的記憶體配置設定器，在編譯時指定，可以是 libc 、jemalloc或者tcmalloc，預設是 jemalloc。
1.4 used_memory_peak：
Redis 的記憶體消耗峰值。
1.5 used_memory_human 和 used_memory_peak_human：
字面含義，以人類閱讀的方式傳回。
二、Redis 的記憶體劃分
資料：最主要的部分，會統計在 used_memory。實際上，在 Redis 内部，每種類型可能有2種或更多的内部編碼實作。此外，Redis 在存儲對象時，并不是直接将資料扔進記憶體，而是會對對象進行各種包裝：如 RedisObject、SDS 等。
程序本身記憶體：Redis 主程序本身運作肯定需要占用記憶體，如代碼、常量池等等。這部分記憶體大約幾兆，在大多數生産環境中與 Redis 資料占用的記憶體相比可以忽略。這部分記憶體不是由 jemalloc 配置設定，是以不會統計在 used_memory 中。
緩沖記憶體：包含用戶端緩沖區、複制積壓緩沖區、AOF 緩沖區。
用戶端緩沖區：存儲用戶端連接配接的輸入輸出緩沖。
複制積壓緩沖區：用于部分複制功能。
AOF 緩沖區：用于在進行 AOF 重寫時，儲存最近的寫入指令。
記憶體碎片：記憶體碎片是 Redis 在配置設定、回收實體記憶體過程中産生的。
三、Redis 的資料存儲細節
當我們執行一個 redis 指令，比如：set hello world，redis 底層存儲到底幹了什麼？
上面就涉及到兩個概念：jemalloc 和 RedisObject。
3.1 jemalloc
記憶體配置設定器：可以是 libc 、jemalloc 或者 tcmalloc，預設 jemalloc。
jemalloc記憶體劃分：小、大、巨大，每個又分許多小記憶體塊機關。
例如，如果需要存儲大小為 130 位元組的對象，jemalloc 會将其放入 160 位元組的記憶體單元中。
3.2 RedisObject（核心資料結構）
redis 的五種類型都是通過 RedisObject 存儲，Redis 對象的 類型、内部編碼、記憶體回收、共享對象等功能都需要 RedisObject 對象支援。
typedef struct redisObject{
unsigned type:4;
unsigned encoding:4;
unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
int refcount;
void *ptr;
} type：表示對象的資料類型，占 4 bit。
encoding：表示對象内部的編碼，占 4 bit，對于 redis 的每種資料類型，都至少有倆種内部編碼。比如字元串類型有：int、embstr、raw。
lru：記錄的是對象最後一次被指令程式通路的時間，占據的比特數不同的版本有所不同（如4.0 版本占 24 比特，2.6 版本占 22 比特）。
refcount:
1、概念：refcount 記錄的是該對象被引用的次數，類型目前僅為整型。
2、作用：refcount 的作用，主要在于對象的引用計數和記憶體回收：
①當建立新對象時，refcount 初始化為 1。
②當有新程式使用該對象時，refcount 加 1。
③當對象不再被一個新程式使用時，refcount 減 1。
④當 refcount 變為 0 時，對象占用的記憶體會被釋放。
3、為什麼隻支援整數值的字元串對象？對記憶體和 CPU（時間）的平衡：
①對于整數值，判斷操作複雜度為 O(1)。
②對于普通字元串，判斷複雜度為 O(n)。
③而對于哈希、清單、集合和有序集合，判斷的複雜度為 O(n^2)。
4、目前實作：Redis 伺服器在初始化時，會建立 10000 個字元串對象，值分别是 0~9999 的整數值；10000 這個數字可以通過調整參數REDIS_SHARED_INTEGERS（4.0中是 OBJ_SHARED_INTEGERS）的值進行改變。（共享對象的引用次數可以通過 object refcount 指令檢視。
ptr:ptr 指針指向具體的資料，如前面的例子中，set hello world，ptr 指向包含字元串 world 的 SDS。
3.3 SDS
1、概念：Redis 沒有直接使用 C 字元串(即以空字元‘\0’結尾的字元數組)作為預設的字元串表示，而是使用了 SDS。SDS 是簡單動态字元串(Simple Dynamic String)的縮寫。
2、結構：
3、相關計算：
*：buf 數組的長度 = free+len+1（其中1表示字元串結尾的空字元）。
一個 SDS 結構占據的空間 = free 所占長度+len 所占長度+ buf 數組的長度 = 4+4+free+len+1 = free+len+9。
4、加“\0”目的：為了簡單字元串能夠調用c字元串部分函數。
四、Redis 的對象類型&内部編碼
4.1 字元串
1、字元串長度不超過512MB。
2、内部編碼有三種： int、embstr、raw。
3、編碼轉換關系：
- int：整形。
- embstr：<=39位元組的字元串。
- raw：>39位元組的字元串。
4、embstr 和 raw 的差別：
①embstr 都使用redisObject和sds結構存儲。
②emstr 建立隻配置設定一次記憶體空間（redisObject 和 sds 一起配置設定，因為它是連續的）。
- 缺點：建立和删除都需要整個redisObject和sds重新配置設定空間，是以 emstr 實作為隻讀。
③raw 需要配置設定兩次。
5、當 emstr 被修改時，會先變成 raw，再修改，無論是否達到39位元組
這也是為了避免建立整個 redisObject 和 sds。
4.2 清單
1、内部編碼：ziplist 和 linkedlist：（每個節點指向的是redisObject）。
2、壓縮清單：節約空間，連續記憶體塊。
3、編碼轉換：什麼情況下使用壓縮清單？
①清單元素 < 512個。
②清單中所有字元串對象都不足64位元組（字元串長度）。
4.3 hash：内層哈希和外層哈希
内層哈希：ziplist、hashtable。
外層哈希：hashtable。
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