Redis底層數據結構
- 2019 年 10 月 7 日
- 筆記
在上一篇中我們已經介紹過了Redis有5種數據類型，但每一種數據類型底層的實現都是不同的，在學習Redis時，我們除了要掌握這5種數據類型外，還要了解它們具體的底層實現，這有助於我們更好的掌握Redis的，在遇到問題時，可以方便快速的解決問題，在這篇，我們主要了解全局命令、數據結構及內部編碼等方面的知識。
- 全局命令 Redis有5種數據結構，雖然它們底層不同，但還是有一些通用的命令是相同的。
- 查看所有鍵（返回所有的鍵，並它具體的鍵輸出出來）
keys *
- 查看鍵總數（返回當前資料庫中的鍵的個數）
dbsize
備註：dbsize命令在計算鍵總數時不會遍歷所有的鍵，而是直接獲Redis內置的鍵總數變數，所以dbsize命令的時間複雜度是O(1)。而keys命令則會遍歷所有鍵，所以它的時間複雜度是O(n),所以如果Redis中保存了大量的鍵時，keys命令要慎用。
- 檢查鍵是否存在
exists key
我們看exists命令是有返回值的當鍵存在時則返回值為1，當然鍵不存時返回值則為0。
- 刪除鍵
del key
我們知道在Redis中有5種數據結構，但del命令可以直接刪除任意類型的數據結構，而不用擔心它底層的實現。 我們看del命令和exists命令一樣，都是有返回值的。只不過不同的是del命令返回的時成功刪除鍵的個數。如果返回的是0，說明該鍵沒有被成功刪除，也就說明該鍵不存在。如果返回的是大於0的數，是表示多個鍵被刪除了。下面我們看一下刪除多個鍵的操作。
- 鍵過期
expire key seconds
Redis支援對鍵添加過期時間，當超過這個過期時間時，Redis會自動將鍵刪除。 當我們通過expire命令設置鍵的過期時間後，我們可以使用
ttl key
命令查看該鍵的剩餘過期時間，所以ttl命令是有返回值的，也就是該鍵的剩餘時間，單位是秒。除此之外，ttl命令有3種類型的返回值。下面我們看一下這3種返回值的區別。
>=0：表示剩餘的過期時間 -1：鍵沒設置過期時間 -2：鍵不存在
- 鍵的數據結構類型
type key
如果鍵是字元串則type命令返回的就是字元串，如果是其它的數據類型則會返回其它的數據類型（因為我們還沒有學習其它的類型，這裡暫時只考慮字元串），如果鍵不存在時，在返回none。
- 數據結構和內部編碼
上面我們知道type命令會返回Redis中鍵的數據類型，也就是string（字元串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset(有序集合)等。但這些只是對外的數據結構，實際上在Redis的內部不同的數據結構有不同的底層的內部編碼。不同內部編碼在Redis中有些不同的性能，並且在Redis中會自動判斷應該用哪種編碼來存儲數據，已保證Redis的性能。我們可以通過下面的命令來查看鍵的內部編碼。
object encoding key
我們可以看出，上面保存的jilinwula這個鍵的內部編碼就是embstr。下面我們看一下在Redis中所有的數據結構所對應的內部編碼。 下面我們分析一下，為什麼Redis要這樣設計數據結構及底層編碼呢。首先第一個好處就是可以改進內部編碼。當這樣做時，而不需要改變內部的數據結構，也就無需修改外部結構及命令了。第二個好處就是，我們知道不同的內部編碼有著不同的性能，當這樣設計時，如果我們要改變底層的內部編碼時，我們只需要根據Redis配置選項就可以，將我們曾經存儲過的key的底層編碼更改，這樣就可以針對不同的業務場景，個性化配置，進而提升性能。
- 單執行緒架構
我們知道Redis使用了單執行緒架構和I/O多路復用模型來實現高性能的記憶體服務。
- 單執行緒模型
每當客戶端調用命令時都會經歷3個步驟：發送命令、執行命令、返回結果3個過程。我們之前介紹過Redis是單執行緒的，所以每一條命令從客戶端發送到服務端，命令不會立即執行，而是將所有的命令都會進入一個隊列中，然後在順序執行。這樣，當我們客戶端啟動多個時執行命令時，不用考慮並發的問題，因為它們都會進入隊列，順序執行。
- 為什麼單執行緒處理速度這麼快 第一，我們知道Redis是將數據都存儲到記憶體中的，記憶體的處理速度，要比純硬碟IO的速度要快的多。 第二，非阻塞I/O，Redis使用epoll作為I/O多路復用技術實現的，在加上Redis自身的事件處理模型將epoll中的連接、讀寫、關閉都轉換為事件，不在網路I/O上浪費過多的時間。
- 單執行緒避免執行緒切換等消耗
第一，我們知道做項目開發時，如果要對多執行緒做兼容，那麼它要比單執行緒要複雜多了，程式碼變複雜了，出現BUG的可能性也就多了。
第二，在開發多種執行緒時，我們知道執行緒間的切換，是很耗資源的，並且對服務端來說，對執行緒添加鎖，每次執行時都會判斷鎖，是很費時間的。
雖然Redis的單執行緒架構是有好處的，但是這也是它的弊端，我們知道，在執行命令時是順序執行的，如果上一個命令沒有執行完，那麼剩下的命令是不會執行的，這也就造成了命令的阻塞。這對於Redis這種記憶體資料庫來說，如果發生了阻塞，那麼後果，可想而知，所以，我們在執行相關命令時，一定要慎重。
