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redis系列之——对象

2019 年 11 月 2 日
筆記

前言

Redis 并没有直接使用数据结构来实现键值对数据库，而是基于这些数据结构创建了一个对象系统，这个系统包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象这五种类型的对象，每种对象都用到了至少一种我们前面所介绍的数据结构。

通过这五种不同类型的对象， Redis 可以在执行命令之前，根据对象的类型来判断一个对象是否可以执行给定的命令。使用对象的另一个好处是，我们可以针对不同的使用场景， 为对象设置多种不同的数据结构实现，从而优化对象在不同场景下的使用效率。

除此之外， Redis 的对象系统还实现了基于引用计数技术的内存回收机制：当程序不再使用某个对象的时候，这个对象所占用的内存就会被自动释放；另外， Redis 还通过引用计数技术实现了对象共享机制，这一机制可以在适当的条件下，通过让多个数据库键共享同一个对象来节约内存。

对象的类型与编码

Redis 使用对象来表示数据库中的键和值，每次当我们在 Redis 的数据库中新创建一个键值对时，我们至少会创建两个对象，一个对象用作键值对的键（键对象），另一个对象用作键值对的值（值对象）。

Redis 中的每个对象都由一个 redisObject 结构表示，该结构中和保存数据有关的三个属性分别是 type 属性、 encoding 属性和 ptr 属性：

 1 typedef struct redisObject {   2   3     // 类型   4     unsigned type:4;   5   6     // 编码   7     unsigned encoding:4;   8   9     // 指向底层实现数据结构的指针  10     void *ptr;  11  12     // ...  13  14 } robj;

我们可以看到一个对象中主要包含了三种字段。

type：表示对象的类型。比如String，List，Hash等等

encoding：表示对象底层用的是什么数据结构。如INT(整数)，EMBSTR(简洁版sds)，RAW(sds)，HT(map)等等

ptr：ptr是一个指针，指向对象所用的数据结构。

如下图所示：

set k v

k是String类型，embstr数据结构，也就是简洁版的sds，后续讲。

embstr与sds区别

之前我们讲数据结构，都没有见到过embStr，是的，我也是看到这一节才知道有这个东西的。

Redis为了优化，搞了一个embStr，他是为了专门存短字符串的一种编码优化方式。

embstr 编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从 raw 编码的两次降低为一次。raw 编码会调用两次内存分配函数来分别创建 redisObject 结构和 sdshdr 结构，而 embstr 编码则通过调用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。因为一个连续，一个不连续。

释放 embstr 编码的字符串对象只需要调用一次内存释放函数，而释放 raw 编码的字符串对象需要调用两次内存释放函数。理由同上

因为 embstr 编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面，所以这种编码的字符串对象比起 raw 编码的字符串对象能够更好地利用缓存带来的优势。

总的来说，因为embstr分配的是一段连续的内存，使得它分配释放内存都是一次，所以效率会有所提高。同时embste <==> sds 为44个字节。

从下图中，我们可以明确看到。 len <= 44 都是embster的数据结构，如果len > 44 则转变为raw。至于为啥44。

大家可以去算一下。参考文章：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/67876900

https://xiaoyue26.github.io/2019/01/19/2019-01/redis%E7%9A%84embstr%E4%B8%BA%E4%BB%80%E4%B9%88%E6%98%AF39B/

内存

Redis为了节省内存，真的是操碎了心。

c语言不像Java，Go等语言，本身不具备自动回收内存机制。Java的内存回收导致STW一直被人诟病，最近看了ZGC的数据，Java真的是崛起了。

因此Redis 在自己的对象系统中构建了一个引用计数（reference counting）技术实现的内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟踪对象的引用计数信息，在适当的时候自动释放对象并进行内存回收。

但熟悉JVM的都知道，引用计数他有一种缺陷就是，解决不了循环引用的问题。

如 A <==> B 但已经没有其他任何节点引用AB了，但AB由于相互引用，计数为1，永远不会被回收。所以Java用了GC ROOT。

但Redis不知道为啥不存在这个问题，找了资料，也没找出什么原因。大多都说Redis没有复杂的结构，所以？有大佬能解答下不？

引用计数我们可以通过 OBJECT refcount token 命令，查询到token被引用了几次，如果为0，那么则可以回收了。

还有最重要的一点是，Redis对整数 0-9999(共1W个整数)做了缓存。类似于Java对-128-127做缓存一样。

但是没有对值的字符串，如aaaaa的这种缓存，毕竟判断一个字符串是否在库里面，需要扫整个库，非常耗时，并且cpu压力非常的大。

处于优化，折中的考虑，也就缓存了0-9999吧。其实看看淘宝商品的价格，缓存0-100足矣，毕竟0-100占据了99%的商品。

具体可看：http://redisbook.com/preview/object/share_object.html

后言

Redis 数据库中的每个键值对的键和值都是一个对象。

Redis 共有字符串、列表、哈希、集合、有序集合五种类型的对象，每种类型的对象至少都有两种或以上的编码方式，不同的编码可以在不同的使用场景上优化对象的使用效率。

服务器在执行某些命令之前，会先检查给定键的类型能否执行指定的命令，而检查一个键的类型就是检查键的值对象的类型。

Redis 的对象系统带有引用计数实现的内存回收机制，当一个对象不再被使用时，该对象所占用的内存就会被自动释放。

Redis 会共享值为 0 到 9999 的整数对象。

对象会记录自己的最后一次被访问的时间，这个时间可以用于计算对象的空转时间。

参考：