String 數據結構

首先我來看下, Redis 中 String 的數據結構:
我們稱之為 SDS (Simple Dynamic String) 簡單動態字符串

struct sdshdr {
    //記錄buf數組中已經使用的字節數(等價于字符串的長度strlen)
    int len;

    //記錄buf數組中未使用的字節數(用于動態擴容)
    int free;

    //字節數組,用于保存字符串
    char buf[];
}

對比C語言字符串:

• 優化了獲取字符串長度的時間復雜度為: O(1)

  因為 SDS 維護了一個 len 字段，這個字段的設置和更新是由 SDS 的 API 在執行時自動完成的。

• 杜絕緩沖區溢出

  在使用 c 語言函數 strcat(s1, " Cluster") (在 s1 字符串后面拼接另一個字符串) 時，如果忘記提前為 s1 分配足夠的空間，那么 strcat 函數執行之后， 將會導致s1后面的空間內容被意外修改。
  而 Redis 在對 SDS 修改時，會提前檢查長度時候足夠，才執行相關操作， 如果長度不夠，會先擴展 s 的空間， 再執行

• 減少內存重分配

  在 SDS 維護了 free 字段，可以知道未使用的字節數，這樣在動態擴充字符串時可以根據這個值判斷要不要重新分配內存

• 二進制安全

  C語言是依靠 \0 作為字符串的結束標志的,這意味著字符串中間不能再次包含 \0 字符, 而 SDS 記錄了字符串的實際長度, 所以它可以做更多的事情, 比如保存圖片

• 兼容部分 C字符串函數

  雖然 SDS 是 二進制安全的，但他們都遵守在字符串末尾額外分配一個字節容納 \0 當結尾，這就是為了讓那些保存文本數據的 SDS 可以重用 <string.h> 庫

RedisObject 數據結構

在redis中存儲的每個對象都表示為一個redisObject,它記錄了這個對象的數據類型,編碼方式,指向實際內容的指針等

typedef struct redisObject {
    // 類型 4bits (String,Hash,Set,List等)
    unsigned type:4;

    // 編碼方式 4bits (int, embstr, raw 等)
    unsigned encoding:4;

    // LRU 時間（相對于 server.lruclock） 24bits
    unsigned lru:22;

    // 引用計數 Redis里面的數據可以通過引用計數進行共享 32bits
    int refcount;

    // 指向實際存儲的對象 (比如:指向一個SDS字符串對象) 64bits
    void *ptr;
} robj;

String的三種編碼方式

• int

  當保存的值為整數且值的大小不超過long的范圍,使用整數存儲

• embstr

  當字符串長度不超過44個字節時,使用embstr編碼
  (只實現一次分配內存空間,只允許讀,若修改數據,就會轉成raw編碼)

• raw

  大于44字節時,用raw編碼

int編碼不必多說,為了數值計算方便

為什么要分為 embstr 和 raw 呢?

首先來張圖,直觀感受下,這2種存儲方式的內存布局:

• embstr 是連續存儲的,也就是說 RedisObject 對象頭 和 SDS 字符串的實際內容 是連續在一起存儲的,也就是 RedisObject 中的ptr 指向的內容,就緊跟著在后面 (只要分配1次內存)
• raw 是不連續存儲的, ptr 指向的內容,是單獨分配的(要分配2次內存)

這么做的原因當然是為了性能考慮,Redis考慮到多數字符串,可能都不會很長, 這樣使用 embstr 只需分配一次內存(也很小),而且還是連續的存儲,性能很高,也有利于減少內存碎片

String編碼演示

• 使用 TYPE key 查看對象的數據類型
• 使用 OBJECT ENCODING key 查看對象的編碼方式

演示 int 編碼:

127.0.0.1:6379> set age 100
OK
127.0.0.1:6379> type age 
string
127.0.0.1:6379> object encoding age
"int"

演示 embstr 編碼:

127.0.0.1:6379> SET name tom
OK
127.0.0.1:6379> TYPE name
string
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING name
"embstr"

演示 raw 編碼:

127.0.0.1:6379> set name sdsdnjjkasjdnnjasjdnasldklaksdkkansndmasdulasndnkadashdahsdhkpasduasdybasbdvcfaffafkgsaas
OK
127.0.0.1:6379> type name
string
127.0.0.1:6379> object encoding name
"raw"

String的常用命令

• SET: 添加或修改一個已經存在的String類型的鍵值對
• GET: 根據key獲取String類型的value
• INCR: 讓一個整形存儲的String類型的value自增1
• INCRBY: 讓一個整形存儲的String類型的value自增指定的步長, 例如 incrby num 2, 讓num的值自增2
• INCRBYFLOAT: 讓一個浮點類型的數值自增指定的步長
• SETNX: 添加一個String類型的鍵值對,前提是這個key不存在,否則不執行(可用于實現分布式鎖)
• SETEX: 添加一個String類型的鍵值對,并且指定超時時間
• 更多 String 命令,請查閱 官方文檔