簡介

Redis的五大資料型別也稱五大資料物件；前面介紹過6大資料結構，Redis並沒有直接使用這些結構來實現鍵值對資料庫，而是使用這些結構構建了一個物件系統redisObject；這個物件系統包含了五大資料物件，字串物件（string）、列表物件（list）、雜湊物件（hash）、集合（set）物件和有序集合物件（zset）；而這五大物件的底層資料編碼可以用命令OBJECT ENCODING來進行檢視。

redisObject結構

typedef struct
 
 redisObject {
    // 型別
    unsigned type:4;
    // 編碼
    unsigned encoding:4;
    // 指向底層實現資料結構的指標
    void *ptr;
    // ...
} robj;

redis是以鍵值對儲存資料的，所以物件又分為鍵物件和值物件，即儲存一個key-value鍵值對會建立兩個物件，鍵物件和值物件。
鍵物件總是一個字串物件，而值物件可以是五大物件中的任意一種。

• type屬性儲存的是物件的型別，也就是我們說的 string、list、hash、set、zset中的一種，可以使用命令 TYPE key 來檢視。
• encoding屬性記錄了隊形所使用的編碼，即這個物件底層使用哪種資料結構實現。

表中列出了底層編碼常量及對應的OBJECT ENCODING 命令的輸出，前三項都是字串結構

我們在存入key-value鍵值對時並不會指定物件的encoding，而是Redis會根據不統的使用場景來為一個物件設定不同的編碼，可以達到節約記憶體、加快訪問速度等目的。

字串物件(string)

字串物件底層資料結構實現為簡單動態字串（SDS）和直接儲存，但其編碼方式可以是int、raw或者embstr，區別在於記憶體結構的不同。

（1）int編碼

字串儲存的是整數值，並且這個正式可以用long型別來表示，那麼其就會直接儲存在redisObject的ptr屬性裡，並將編碼設定為int，如圖：

（2）raw編碼

字串儲存的大於32位元組的字串值，則使用簡單動態字串（SDS）結構，並將編碼設定為raw，此時記憶體結構與SDS結構一致，記憶體分配次數為兩次，建立redisObject物件和sdshdr結構，如圖：

（3）embstr編碼

字串儲存的小於等於32位元組的字串值，使用的也是簡單的動態字串（SDS結構），但是記憶體結構做了優化，用於儲存頓消的字串；記憶體分配也只需要一次就可完成，分配一塊連續的空間即可，如圖：

字串物件總結：

• 在Redis中，儲存long、double型別的浮點數是先轉換為字串再進行儲存的。
• raw與embstr編碼效果是相同的，不同在於記憶體分配與釋放，raw兩次，embstr一次。
• embstr記憶體塊連續，能更好的利用快取在來的優勢
• int編碼和embstr編碼如果做追加字串等操作，滿足條件下會被轉換為raw編碼；embstr編碼的物件是隻讀的，一旦修改會先轉碼到raw。

列表物件(list)

3.2版本之前：列表物件的編碼可以是ziplist和linkedlist之一。

（1） ziplist編碼

ziplist編碼的雜湊隨想底層實現是壓縮列表，每個壓縮裡列表節點儲存了一個列表元素。

（2）linkedlist編碼

linkedlist編碼底層採用雙端連結串列實現，每個雙端連結串列節點都儲存了一個字串物件，在每個字串物件內儲存了一個列表元素。

列表物件編碼轉換：

• 列表物件使用ziplist編碼需要滿足兩個條件：一是所有字串長度都小於64位元組，二是元素數量小於512，不滿足任意一個都會使用linkedlist編碼。
• 兩個條件的數字可以在Redis的配置檔案中修改，list-max-ziplist-value選項和list-max-ziplist-entries選項。
• 圖中StringObject就是上一節講到的字串物件，字串物件是唯一個在五大物件中作為巢狀物件使用的。

3.2版本之後：列表物件的編碼quicklist。

quicklist編碼

quickList 是 zipList 和 linkedList 的混合體，它將 linkedList 按段切分，每一段使用 zipList 來緊湊儲存，多個 zipList 之間使用雙向指標串接起來。


Redis 還會對 ziplist 進行壓縮儲存，使用 LZF 演算法壓縮，可以選擇壓縮深度。
quicklist 預設的壓縮深度是 0，也就是不壓縮。壓縮的實際深度由配置引數list-compress-depth決定。為了支援快速的 push/pop 操作，quicklist 的首尾兩個 ziplist 不壓縮，此時深度就是 1。如果深度為 2，就表示 quicklist 的首尾第一個 ziplist 以及首尾第二個 ziplist 都不壓縮。
ziplist長度：
quicklist 內部預設單個 ziplist 長度為 8k 位元組，超出了這個位元組數，就會新起一個 ziplist。
ziplist 的長度由配置引數 list-max-ziplist-size 決定。

雜湊物件(hash)

雜湊物件的編碼可以是ziplist和hashtable之一。

（1）ziplist編碼

ziplist編碼的雜湊物件底層實現是壓縮列表，在ziplist編碼的雜湊物件中，key-value鍵值對是以緊密相連的方式放入壓縮連結串列的，先把key放入表尾，再放入value；鍵值對總是向表尾新增。

（2）hashtable編碼

hashtable編碼的雜湊物件底層實現是字典，雜湊物件中的每個key-value對都使用一個字典鍵值對來儲存。
字典鍵值對即是，字典的鍵和值都是字串物件，字典的鍵儲存key-value的key，字典的值儲存key-value的value。

雜湊物件編碼轉換：

• 雜湊物件使用ziplist編碼需要滿足兩個條件：一是所有鍵值對的鍵和值的字串長度都小於64位元組；二是鍵值對數量小於512個；不滿足任意一個都使用hashtable編碼。
• 以上兩個條件可以在Reids配置檔案中修改hash-max-ziplist-value選項和hash-max-ziplist-entries選項。

集合物件(set)

集合物件的編碼可以是intset和hashtable之一。

（1）intset編碼

intset編碼的集合物件底層實現是整數集合，所有元素都儲存在整數集合中。

（2）hashtable編碼

hashtable編碼的集合物件底層實現是字典，字典的每個鍵都是一個字串物件，儲存一個集合元素，不同的是字典的值都是NULL；可以參考java中的hashset結構。

集合物件編碼轉換：

• 集合物件使用intset編碼需要滿足兩個條件：一是所有元素都是整數值；二是元素個數小於等於512個；不滿足任意一條都將使用hashtable編碼。
• 以上第二個條件可以在Redis配置檔案中修改et-max-intset-entries選項。

有序集合物件(zset)

有序集合的編碼可以是ziplist和skiplist之一。

（1）ziplist編碼

ziplist編碼的有序集合物件底層實現是壓縮列表，其結構與雜湊物件類似，不同的是兩個緊密相連的壓縮列表節點，第一個儲存元素的成員，第二個儲存元素的分值，而且分值小的靠近表頭，大的靠近表尾。

（2）skiplist編碼

skiplist編碼的有序集合物件底層實現是跳躍表和字典兩種；
每個跳躍表節點都儲存一個集合元素，並按分值從小到大排列；節點的object屬性儲存了元素的成員，score屬性儲存分值；
字典的每個鍵值對儲存一個集合元素，字典的鍵儲存元素的成員，字典的值儲存分值。

為何skiplist編碼要同時使用跳躍表和字典實現？

• 跳躍表優點是有序，但是查詢分值複雜度為O(logn)；字典查詢分值複雜度為O(1) ，但是無序，所以結合連個結構的有點進行實現。
• 雖然採用兩個結構但是集合的元素成員和分值是共享的，兩種結構通過指標指向同一地址，不會浪費記憶體。

有序集合編碼轉換：

• 有序集合物件使用ziplist編碼需要滿足兩個條件：一是所有元素長度小於64位元組；二是元素個數小於128個；不滿足任意一條件將使用skiplist編碼。
• 以上兩個條件可以在Redis配置檔案中修改zset-max-ziplist-entries選項和zset-max-ziplist-value選項。

應用場景

redis一般應用場景

• 快取會話（單點登入）
• 分散式鎖，比如：使用setnx
• 各種排行榜或計數器
• 商品列表或使用者基礎資料列表等
• 使用list作為訊息對列
• 秒殺，庫存扣減等

五種型別的應用場景

• String，redis對於KV的操作效率很高，可以直接用作計數器。例如，統計線上人數等等，另外string型別是二進位制儲存安全的，所以也可以使用它來儲存圖片，甚至是視訊等。
• hash，存放鍵值對，一般可以用來存某個物件的基本屬性資訊，例如，使用者資訊，商品資訊等，另外，由於hash的大小在小於配置的大小的時候使用的是ziplist結構，比較節約記憶體，所以針對大量的資料儲存可以考慮使用hash來分段儲存來達到壓縮資料量，節約記憶體的目的，例如，對於大批量的商品對應的圖片地址名稱。比如：商品編碼固定是10位，可以選取前7位做為hash的key,後三位作為field，圖片地址作為value。這樣每個hash表都不超過999個，只要把redis.conf中的hash-max-ziplist-entries改為1024，即可。
• list，列表型別，可以用於實現訊息佇列，也可以使用它提供的range命令，做分頁查詢功能。
• set，集合，整數的有序列表可以直接使用set。可以用作某些去重功能，例如使用者名稱不能重複等，另外，還可以對集合進行交集，並集操作，來查詢某些元素的共同點
• zset，有序集合，可以使用範圍查詢，排行榜功能或者topN功能。

總結

在Redis的五大資料物件中，string物件是唯一個可以被其他四種資料物件作為內嵌物件的；

列表（list）、雜湊（hash）、集合（set）、有序集合（zset）底層實現都用到了壓縮列表結構，並且使用壓縮列表結構的條件都是在元素個數比較少、位元組長度較短的情況下；

四種資料物件使用壓縮列表的優點：
（1）節約記憶體，減少記憶體開銷，Redis是記憶體型資料庫，所以一定情況下減少記憶體開銷是非常有必要的。
（2）減少記憶體碎片，壓縮列表的記憶體塊是連續的，並分配記憶體的次數一次即可。
（3）壓縮列表的新增、刪除、查詢操作的平均時間複雜度是O(N)，在N再一定的範圍內，這個時間幾乎是可以忽略的，並且N的上限值是可以配置的。
（4）四種資料物件都有兩種編碼結構，靈活性增加。