面試官：Redis中字元串的內部實現方式是什麼？

在面試間里等候時，感覺這可真暖和呀，我那冰冷的出租屋還得蓋兩層被子才能睡著。正要把外套脫下來，我突然聽到了門外的腳步聲，隨即門被打開，穿著乾淨滿臉清秀的青年走了進來，一股男士香水的淡香撲面而來。

面試官：Redis中基本的數據類型有哪些？

我：Redis的基本數據類型有：字元串（string）、哈希（hash）、列表（list）、集合（set）、有序集合（zset）。

面試官：字元串類型的內部實現方式是什麼？

我還沉浸在上一個問題的沾沾自喜中，頓時表情凝固了，手心開始冒出冷汗。「這個。。沒有太深入了解」，我支支吾吾的說到。

面試官：回去等消息吧。

這句話說的乾淨利落，然後就沒有然後了。失敗是成功的媽媽，我不氣餒，決定馬上惡補一下。

類型和編碼

首先，整明白什麼是類型？什麼是編碼？在Redis中使用對象來表示記憶體中的鍵和值。每個對象由一個叫做redisObject結構體表示，其中有三個屬性：類型（type）、編碼（encoding）、指向具體數據的指針（ptr）。

我們通常說的字元串、哈希、列表、集合、有序集合都是redisObject中的類型，實際上針對每一個數據結構在Redis內部都有自己底層的多種內部編碼實現，這樣是為了在合適的場景選擇合適的內部編碼，以達到記憶體空間和處理效率的平衡，這可能就是中庸之道吧。

在面試中，經常被問到的內部實現方式、內部構造、內部原理，一般指的就是redisObject中的編碼。

字元串的編碼

字元串類型的編碼有如下三種：

  • int：8個位元組的長整型。
  • embstr：小於等於44個位元組的字元串。
  • raw：大於44個位元組的字元串。

在3.2版本之後，embstr和raw變為了44位元組為分界，之前是以39位元組為分界。這裡以較新版本為準。

為了驗證和理解，我們使用object encoding命令查看一下內部編碼。

整數類型效果如下：

127.0.0.1:6379> set one-more-num 1
OK
127.0.0.1:6379> object encoding one-more-num
"int"

短字元串類型效果如下：

127.0.0.1:6379> set one-more-str 萬貓學社
OK
127.0.0.1:6379> object encoding one-more-str
"embstr"

長字元串類型效果如下：

127.0.0.1:6379> set one-more-str 萬貓學社|萬貓學社|萬貓學社|萬貓學社|萬貓學社|萬貓學社|萬貓學社|萬貓學社
OK
127.0.0.1:6379> object encoding one-more-str
"raw"

當然，了解以上細節還沒能完全「征服」面試官，我們需要更深入一些:)

簡單動態字元串

在C語言中，字元串是以空字元表示結尾的字元數組。在Redis中沒有直接使用C語言的字元串，而是定義了一個叫做簡單動態字元串（Simple Dynamic String，SDS）的結構，並把其作為Redis默認的字元串表示。

簡單動態字元串有三個屬性：

  • len：記錄buf字元數組中已使用的位元組數量
  • free：記錄buf字元數組中為使用的位元組數量
  • buf[]：字元數組，用於保存字元串

為了理解，我們舉個例子：

127.0.0.1:6379> set one-more-str OneMore
OK

那麼，對應的簡單動態字元串就是這樣的：

万猫学社

其中，len為7，表示這個簡單動態字元串中保存了一個7個位元組的字元串；free為0，表示這個簡單動態字元串沒有分配未使用的空間；buf是一個字元數組，數組的前7個位元組分別保存了O、n、e、M、o、r、e字元，最後一個位元組是空字元\0。

相對於C語言的字元串，簡單動態字元串有什麼好處呢？

  • 獲取字元串長度的時間複雜度為O(1)。
  • 可以保存位元組數組，支援安全的二進位數據存儲。
  • 內部實現了記憶體空間的預分配機制，減少記憶體空間分配次數。
  • 內部實現了惰性刪除機制，字元串縮減後記憶體不釋放，做為預分配空間。
  • API是安全的，不會造成緩衝區溢出。

面試官你等著瞧吧，今天你對我愛答不理，明天我讓你高攀不起，哈哈哈。。。

參考文獻：
《Redis設計與實現》
《Redis開發與運維》
《Redis 深度歷險：核心原理與應用實踐》

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