你肯定你真的了解redis系列文章第一篇

面试官：你说说redis经常使用数据结构有哪些呢?

面试者：String(字符串),list(链表),hash(哈希),set(集合),zset(有序集合)

面试官：那你说说redis的string的底层具体实现呢？

面试者：额？

首先咱们知道redis全部的数据结构都是以一个惟一的key来做为名称，而后经过这个惟一的key去获取相应的value数据，不一样的数据结构的差异就在于value的数据结构不同。

今天咱们就先从最简单的string来作一些深刻的了解。字符串的使用很是的普遍，好比咱们常常用来缓存用户的信息，将用户的信息经过JSON序列化成一个字符串，而后经过用户的id或者code来将序列化之后的json字符串缓存到redis中，当要使用的时候将json字符串从redis中获取到，再通过一次反序列化之后就能够获取到用户的信息了。

一:string相关的经常使用命令

1. set用来设置一个值，get用来获取一个值，exists用来判断一个key是否存在，del用来删除key

   

2. 咱们知道网络是很珍贵的资源的，有时候咱们为了节省网络开销，咱们能想到的最直接办法就是批量操做，redis也为咱们提供了相应的批量操做命令mset和mget,进行批量的设置设置和批量获取
3. 咱们还能够对key设置过时时间，以及对set命令作一些扩展，例如setex命令在设置值的时候，顺便设置一个过时时间，或者是setnx命令，只有当一个key不存在时才能设置成功，否者失败，对于setnx命令咱们最多见的一个应用场景就是分布式锁了。这个咱们后面文章再专门讨论这个。
4. 计数，对于value是数字类型的，咱们还可使用incrby命令，对当前的值进行自增操做，固然这个自增操做是有范围的，它的最大值是signed long的最大值，若是超过这个值，redis就会报错。对于计数咱们最多见的一种用法就是用来生成分布式主建，全部服务都使用同一个能够而后进行自增，这样就能得到一个全局惟一并且不重复的id了。

   

二:上面咱们对redis的string数据结构的使用和常见命令有了一些了解以后，咱们接下来就能够对string的底层数据结果作一些深刻了解了。

1. Redis的字符串名为SDS，全称为simple dynamic String,结构是一个带长度信息的字节数组。

   struct SDS<T> {  T capacity; // 数组分配的容量 T len; // 实际数据的长度 byte flags; byte[] content; // 真的的数据是存在这个字节数组里面的。

   }

   capacity表示的是当前分配的字节数组的长度，而len表示的是当前字符串的真实长度，当初始化的时候，capacity和len是同样大的，可是在后期进行分配的时候，就会出现下图的状况capacity大于len，具体缘由是当字符串的长度小于1M的时候，容量增长都是加倍现有的空间，当实际长度超过1M之后，实际扩容的时候，只会增长1M的空间，为何这么操做呢？是由于若是数组没有多余的冗余空间，那么当在追加内容的时候，就必需要分配新的数组，而且将旧数组的内容拷贝过去，再追加内容，这样就分配内存和复制的开销就会比较大，因此采起了一种空间换时间的作法。可是须要咱们注意的是，字符串的容量最大不能超过512M。

   上面咱们说到的是redis的string的数据结构，其实只是它的具体数据的存储结构，对于redis来讲，每种数据结构都有一个相同的结构头，结构头的具体内容以下:

   struct RedisObject {    int4 type; // 4bits,用来表示不一样的对象，好比字符串，链表，集合，哈希，有序集合等 int4 encoding; // 4bits ，用来表示不一样的存储结构，好比一样的都是字符串，

   可是若是字符串的大小不等，那么结构也会有些差异 int24 lru; // 24bits  用来记录当前对象的lru信息 int32 refcount; // 4bytes 对象的引用计数，

   当对象的引用计数为0的时候，对象就会被销毁，内存被回收 void *ptr; // 8bytes，64-bit system} robj; //指向实际存储数据的指针，

   好比指向咱们上面提到的那个sds

   那么为何要设计一个对象头呢？实际上是由于，咱们对于一样的数据结构，

   若是它存储的内容的大小不同，咱们须要有不一样的存储方式，存储方式须要有个地方

   来保存，那么咱们天然就想到设计一个公共头，来保存这些信息，可能这么说，

   你们不是很理解，不要紧我给你们举个实际例子，一下就明白了。

   咱们看到上面，咱们都是string数据结构，可是当咱们的vlaue的大小不同的时候，conten的内容不同，表示存储的结构不同。

2. remstr和raw是string的两种存储格式，它们具体有什么区别呢？仍是直接上图。

   

   

   从上图咱们能够看到，embstr这种存储结构，是将对象头和数据部分直接分配在一个连续内存空间里面的，而raw这种数据结构，是分配了两个内存空间，它们在内存上是不连续的。那么问题来了？何时使用embstr存储格式，何时使用raw存储格式呢？答案下面揭晓。

   首先咱们先计算一下即便不存储任何内容的embstr字符串须要多少内存呢？RedisObject+SDS，首先RedisObject须要(4+4+24+32+64)/8=16个字节，而SDS即便不存储任何内容也须要3个字节的内容，最少也须要16+3=19个字节.其次咱们知道操做系统使用jmalloc和tmalloc进行内存的分配，而内存分配的单位都是2的N次方，因此是2,4,8,16,32,64等字节，为了可以容纳一个embstr，因此操做系统最少也要分配32个字节的空间，可是这样的话，可以存储的内容也太少了，根本知足不了平常使用，因此默认直接分配64个字节，在redis中，若是一个总体占用超过了64个字节空间的字符串，redis就认为是一个大字符串，使用raw格式了，那么在64个字节的状况下，除去其余部分占用的19个字节，还剩下45个字节可以使用，可是redis方便glibc函数的使用，以及方便调试和打印，在字符串内容的末尾加上了一个\0的占位符，因此实际可以使用的只有44个字节。因此咱们得出结论，embstr可以最多存储4个字符串的内容。固然这些都是基于redis4.0版本获得的，其余版本由于结构不同，可能获得的结论不同，可是上面的内容你们不用刻意去记忆，了解一下就好。

三：总结一下，redis的string底层数据结构使用的是sds，可是sds有两种存储方式，一种是embstr，一种是raw，它们的区别在于，是否和redisObject对象头分配在一个连续的空间里面。当总体占用空间超过1M的时候，使用raw格式，当小于1M的时候使用embstr，而embstr最多可以存储44个字节的内容。固然对于redis来讲，string的value最大不能超过512M。