redis对象

一、redis对象

1.1，介绍

上文介绍了redis的数据结构，从底层源码入手，图示了redis底层用到的数据结构。实际上redis并没有直接用到上文提到的SDS、双端链表、字典、压缩链表等，而是基于这些数据结构创建了一个对象系统，这个系统包含了字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象五种基本类型的对象，每种对象都用到了至少一种我们上文提到的数据结构。redis中的这个对象，可以简单理解为我们编程语言中的对象，不过它更像是一种组合、封装和适配。本文将详细介绍redis的对象系统，并分析五种对象类型的底层实现和特性。

二、对象的类型与编码

redis使用对象来表示数据库中的键和值，每次我们在数据库中创建键值对时，都会创建两个对象，即键对象和值对象。使用命令创建一个简单的键值对，set name zys数据库中就存在了key=name、value=zys这两个对象。键值对中的键就是包含字符串“name”的字符串对象，键值对中的值就是包含字符串“zys”的字符串对象。

redis对象的定义如下：

typedef struct redisObject {

redisObject有三个关键属性：类型type、编码encoding、指向底层实现的指针ptr。下面我们就来介绍这三个属性各自的含义。

2.1，对象的类型

type字段记录了redisObject的类型，这个类型其实指的就是这个对象类型，到底是个什么对象：字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象。对于redis保存的键值对中的键而言，始终是一个字符串对象；而键值对中的键是上述五种类型中的一种。redis中有一个命令type可以查询键对应的值的对象类型。如下：

-- 字符串类型对象

下表为不同类型值对象映射相关信息

对象名称	类型常量	type命令返回值
字符串对象	REDIS_STRING	“string”
列表对象	REDIS_LIST	“list”
哈希对象	REDIS_HASH	“hash”
集合对象	REDIS_SET	“set”
有序集合对象	REDIS_ZSET	“zset”

2.2，编码和底层实现

对象的ptr指向了对象底层实现的数据结构，而这些数据结构则由encoding决定。encoding指定了底层数据结构的类型，也就是说明了这个对象是由什么数据结构实现的。不同类型的对象底层编码对应如下表：

对象类型	编码	对象	object输出
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_INT	使用整数值实现的字符串对象	int
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_EMBSTR	使用embstr编码简单动态字符串实现的字符串对象	embstr
REDIS_STRING	REDIS_ENCODING_RAW	使用简单动态字符串实现的字符串对象	raw
REDIS_LIST	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的列表对象	zippiest
REDIS_LIST	REDIS_ENCODING_LINKEDLIST	使用双端链表实现的列表对象	linked list
REDIS_HASH	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的哈希对象	zippiest
REDIS_HASH	REDIS_ENCODING_HT	使用字典实现的哈希对象	hash table
REDIS_SET	REDIS_ENCODING_INTSET	使用整数集合实现的集合对象	inset
REDIS_SET	REDIS_ENCODING_HT	使用字典实现的集合对象	hash table
REDIS_ZSET	REDIS_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的集合对象	zippiest
REDIS_ZSET	REDIS_ENCODING_SKIPLIST	使用跳跃表和字典实现的有序集合对象	skiplist

我们可以使用命令object encoding（查看对象的encoding属性）简单实验一下：

-- embstr编码简单动态字符串

通过测试我们可以知道，通过encoding来指定对象实际使用的数据结构，而不是一个对象类型指定一种数据结构，而是根据特定的条件来进行匹配使用。接下来，我们分别介绍五种对象类型在不同情况下的编码情况。

2.2.1，字符串对象

字符串对象的编码可以是int、raw或者embstr。

如果一个字符串对象保存的是整数值，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的ptr属性里，此时对象的编码为int。

如果一个字符串对象保存的是一个字符串值，并且这个字符串的长度大于39字节，那么字符串对象将使用简单动态字符串SDS来保存这个字符串值，此时对象的编码为raw。

如果一个字符串对象保存的是一个字符串值，并且这个字符串的长度小于等于39字节，那么字符串对象将使用embstr来保存这个字符串值，此时对象的编码为embstr。embstr编码主要是针对短字符串的一种优化编码方式，和raw编码一样，都使用redisObject结构和sdshdr结构来表示字符串对象，但是raw会进行两次内存分配函数分别创建redisObject和sdshdr，而embstr编码则通过一次内存分配函数来分配一块连续的空间，空间中依次包含redisObject和sdshdr两个结构。

2.2.2，列表对象

列表对象编码是ziplist或者linkedlist。

ziplist使用压缩列表作为底层实现，每个压缩节点保存了一个列表元素。假设列表有三个元素分别为“1”、“test”、“9”，那么通过ziplist保存如下：

linkedlist编码底层使用双端链表，每个双端链表节点保存了一个字符串对象，每个字符串对象保存一个队列元素。上述列表通过linkedlist保存如下（注：使用StringObject代表字符串对象，具体实现细节同上2.2.1，字符串对象）：

当列表对象同时满足以下两个条件时，列表对象使用ziplist编码：

1. 列表对象保存的所有字符串元素的长度都小于64字节
2. 列表对象保存的元素数量小于512个；不能满足这两个条件的列表对象会使用linkedlist编码。

2.2.3，哈希对象

哈希对象的编码可以是ziplist或者hashtable。

当使用ziplist作为底层实现时，键值对的键先加入到压缩列表表尾，然后键值对的值再加入到表尾。也就是键值对的键和值相邻；先添加哈希对象的键值对靠近表头，后添加进入哈希对象的键值对靠近表尾。使用ziplist作为底层实现的哈希对象图示如下：

当使用hashtable作为底层实现时，哈希对象的每一个键值对都作为字典的键值对保存。字典的键和值都是字符串对象，对象分别保存了键值对的键和值。使用hashtable作为底层实现的哈希对象图示如下：

当哈希对象可以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长度都小于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需要使用hashtable编码。

2.2.4，集合对象

集合对象的编码可以是intset或者hashtable。

当使用intset作为底层实现时，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合里面。图示如下：

redis> sadd mums 1 2 3

intset-set-object

当使用hashtable作为底层实现时，字典的每个键都是一个字符串对象，每个字符串对象包含了一个集合元素，而字典的值则全部设置为NULL。图示如下：

redis> sadd strs zhao yan sheng

当集合对象可以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；不能满足时使用hashtable编码。

2.2.5，有序集合对象

有序集合对象的编码可以是ziplist或者skiplist。

当使用ziplist编码作为底层实现时，每个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩列表节点来保存，第一个节点保存元素的成员（member），第二个元素保存元素的分值（score）。压缩列表内集合元素按照分值从小到大排序，分值较小的元素放置在表头，分值较大的放置在表尾。图示和上述哈希对象ziplist表示类似，这里就不再给出。

zset结构持有了跳跃表zsl和字典dict两个数据结构来实现有序集合对象。每个跳跃表节点保存了一个集合元素，跳跃表节点的object属性保存了元素的成员，而跳跃表节点的score属性则保存了元素的分值。通过这个跳跃表，可以对集合中的元素进行范围查询、排序等功能。dict字典结构则记录了有序集合中元素成员到分值的一个映射，通过这个字典结构，可以快速获取每个成员的分值。下面举例图示说明这个结构：

当有序集合对象可以同时满足以下两个条件时，使用ziplist进行编码：

1. 有序集合保存的元素数量小于128个
2. 有序集合保存的所有元素成员的长度都小于64字节；不满足上述情况的有序集合对象使用skiplist编码。