前面两篇博客，第一篇介绍了五大数据类型的基本用法，第二篇介绍了Redis底层的六种数据结构。在Redis中，并无直接使用这些数据结构来实现键值对数据库，而是基于这些数据结构建立了一个对象系统，这些对象系统也就是前面说的五大数据类型，每一种数据类型都至少用到了一种数据结构。经过这五种不一样类型的对象，Redis能够在执行命令以前，根据对象的类型判断一个对象是否能够执行给定的命令，并且能够针对不一样的场景，为对象设置多种不一样的数据结构，从而优化对象在不一样场景下的使用效率。html
一、对象的类型与编码
Redis使用前面说的五大数据类型来表示键和值，每次在Redis数据库中建立一个键值对时，至少会建立两个对象，一个是键对象，一个是值对象，而Redis中的每一个对象都是由 redisObject 结构来表示：redis
typedef struct redisObject{
//类型
unsigned type:4;
//编码
unsigned encoding:4;
//指向底层数据结构的指针
void *ptr;
//引用计数
int refcount;
//记录最后一次被程序访问的时间
unsigned lru:22;
}robj
①、type属性
对象的type属性记录了对象的类型，这个类型就是前面讲的五大数据类型：算法
能够经过以下命令来判断对象类型：数据库
type key
注意：在Redis中，键老是一个字符串对象，而值能够是字符串、列表、集合等对象，因此咱们一般说的键为字符串键，表示的是这个键对应的值为字符串对象，咱们说一个键为集合键时，表示的是这个键对应的值为集合对象。安全
②、encoding 属性和 *prt 指针
对象的 prt 指针指向对象底层的数据结构，而数据结构由 encoding 属性来决定。数据结构
而每种类型的对象都至少使用了两种不一样的编码：app
能够经过以下命令查看值对象的编码：dom
OBJECT ENCODING key
好比 string 类型：（能够是 embstr编码的简单字符串或者是 int 整数值实现）分布式
二、字符串对象
字符串是Redis最基本的数据类型，不只全部key都是字符串类型，其它几种数据类型构成的元素也是字符串。注意字符串的长度不能超过512M。性能
①、编码
字符串对象的编码能够是int，raw或者embstr。
一、int 编码：保存的是能够用 long 类型表示的整数值。
二、raw 编码：保存长度大于44字节的字符串（redis3.2版本以前是39字节，以后是44字节）。
三、embstr 编码：保存长度小于44字节的字符串（redis3.2版本以前是39字节，以后是44字节）。
由上能够看出，int 编码是用来保存整数值，raw编码是用来保存长字符串，而embstr是用来保存短字符串。其实 embstr 编码是专门用来保存短字符串的一种优化编码，raw 和 embstr 的区别：
embstr与raw都使用redisObject和sds保存数据，区别在于，embstr的使用只分配一次内存空间（所以redisObject和sds是连续的），而raw须要分配两次内存空间（分别为redisObject和sds分配空间）。所以与raw相比，embstr的好处在于建立时少分配一次空间，删除时少释放一次空间，以及对象的全部数据连在一块儿，寻找方便。而embstr的坏处也很明显，若是字符串的长度增长须要从新分配内存时，整个redisObject和sds都须要从新分配空间，所以redis中的embstr实现为只读。
ps：Redis中对于浮点数类型也是做为字符串保存的，在须要的时候再将其转换成浮点数类型。
②、编码的转换
当 int 编码保存的值再也不是整数，或大小超过了long的范围时，自动转化为raw。
对于 embstr 编码，因为 Redis 没有对其编写任何的修改程序（embstr 是只读的），在对embstr对象进行修改时，都会先转化为raw再进行修改，所以，只要是修改embstr对象，修改后的对象必定是raw的，不管是否达到了44个字节。
三、列表对象
list 列表，它是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，你能够添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边），它的底层其实是个链表结构。
①、编码
列表对象的编码能够是 ziplist(压缩列表) 和 linkedlist(双端链表)。 关于链表和压缩列表的特性能够看我前面的这篇博客。
好比咱们执行如下命令，建立一个 key = ‘numbers’，value = ‘1 three 5’ 的三个值的列表。
rpush numbers 1 "three" 5
ziplist 编码表示以下：
linkedlist表示以下：
②、编码转换
当同时知足下面两个条件时，使用ziplist（压缩列表）编码：
一、列表保存元素个数小于512个
二、每一个元素长度小于64字节
不能知足这两个条件的时候使用 linkedlist 编码。
上面两个条件能够在redis.conf 配置文件中的 list-max-ziplist-value选项和 list-max-ziplist-entries 选项进行配置。
四、哈希对象
哈希对象的键是一个字符串类型，值是一个键值对集合。
①、编码
哈希对象的编码能够是 ziplist 或者 hashtable。
当使用ziplist，也就是压缩列表做为底层实现时，新增的键值对是保存到压缩列表的表尾。好比执行如下命令：
hset profile name "Tom" hset profile age 25 hset profile career "Programmer"
若是使用ziplist，profile 存储以下：
当使用 hashtable 编码时，上面命令存储以下：
hashtable 编码的哈希表对象底层使用字典数据结构，哈希对象中的每一个键值对都使用一个字典键值对。
在前面介绍压缩列表时，咱们介绍过压缩列表是Redis为了节省内存而开发的，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型数据结构，相对于字典数据结构，压缩列表用于元素个数少、元素长度小的场景。其优点在于集中存储，节省空间。
②、编码转换
和上面列表对象使用 ziplist 编码同样，当同时知足下面两个条件时，使用ziplist（压缩列表）编码：
一、列表保存元素个数小于512个
二、每一个元素长度小于64字节
不能知足这两个条件的时候使用 hashtable 编码。第一个条件能够经过配置文件中的 set-max-intset-entries 进行修改。
五、集合对象
集合对象 set 是 string 类型（整数也会转换成string类型进行存储）的无序集合。注意集合和列表的区别：集合中的元素是无序的，所以不能经过索引来操做元素；集合中的元素不能有重复。
①、编码
集合对象的编码能够是 intset 或者 hashtable。
intset 编码的集合对象使用整数集合做为底层实现，集合对象包含的全部元素都被保存在整数集合中。
hashtable 编码的集合对象使用 字典做为底层实现，字典的每一个键都是一个字符串对象，这里的每一个字符串对象就是一个集合中的元素，而字典的值则所有设置为 null。这里能够类比Java集合中HashSet 集合的实现，HashSet 集合是由 HashMap 来实现的，集合中的元素就是 HashMap 的key，而 HashMap 的值都设为 null。
SADD numbers 1 3 5
SADD Dfruits "apple" "banana" "cherry"
②、编码转换
当集合同时知足如下两个条件时，使用 intset 编码：
一、集合对象中全部元素都是整数
二、集合对象全部元素数量不超过512
不能知足这两个条件的就使用 hashtable 编码。第二个条件能够经过配置文件的 set-max-intset-entries 进行配置。
六、有序集合对象
和上面的集合对象相比，有序集合对象是有序的。与列表使用索引下标做为排序依据不一样，有序集合为每一个元素设置一个分数（score）做为排序依据。
①、编码
有序集合的编码能够是 ziplist 或者 skiplist。
ziplist 编码的有序集合对象使用压缩列表做为底层实现，每一个集合元素使用两个紧挨在一块儿的压缩列表节点来保存，第一个节点保存元素的成员，第二个节点保存元素的分值。而且压缩列表内的集合元素按分值从小到大的顺序进行排列，小的放置在靠近表头的位置，大的放置在靠近表尾的位置。
ZADD price 8.5 apple 5.0 banana 6.0 cherry
skiplist 编码的有序集合对象使用 zet 结构做为底层实现，一个 zset 结构同时包含一个字典和一个跳跃表：
typedef struct zset{
//跳跃表
zskiplist *zsl;
//字典
dict *dice;
} zset;
字典的键保存元素的值，字典的值则保存元素的分值；跳跃表节点的 object 属性保存元素的成员，跳跃表节点的 score 属性保存元素的分值。
这两种数据结构会经过指针来共享相同元素的成员和分值，因此不会产生重复成员和分值，形成内存的浪费。
说明：其实有序集合单独使用字典或跳跃表其中一种数据结构均可以实现，可是这里使用两种数据结构组合起来，缘由是假如咱们单独使用 字典，虽然能以 O(1) 的时间复杂度查找成员的分值，可是由于字典是以无序的方式来保存集合元素，因此每次进行范围操做的时候都要进行排序；假如咱们单独使用跳跃表来实现，虽然能执行范围操做，可是查找操做有 O(1)的复杂度变为了O(logN)。所以Redis使用了两种数据结构来共同实现有序集合。
②、编码转换
当有序集合对象同时知足如下两个条件时，对象使用 ziplist 编码：
一、保存的元素数量小于128；
二、保存的全部元素长度都小于64字节。
不能知足上面两个条件的使用 skiplist 编码。以上两个条件也能够经过Redis配置文件zset-max-ziplist-entries 选项和 zset-max-ziplist-value 进行修改。
七、五大数据类型的应用场景
对于string 数据类型，由于string 类型是二进制安全的，能够用来存放图片，视频等内容，另外因为Redis的高性能读写功能，而string类型的value也能够是数字，能够用做计数器（INCR,DECR），好比分布式环境中统计系统的在线人数，秒杀等。
对于 hash 数据类型，value 存放的是键值对，好比能够作单点登陆存放用户信息。
对于 list 数据类型，能够实现简单的消息队列，另外能够利用lrange命令，作基于redis的分页功能
对于 set 数据类型，因为底层是字典实现的，查找元素特别快，另外set 数据类型不容许重复，利用这两个特性咱们能够进行全局去重，好比在用户注册模块，判断用户名是否注册；另外就是利用交集、并集、差集等操做，能够计算共同喜爱，所有的喜爱，本身独有的喜爱等功能。
对于 zset 数据类型，有序的集合，能够作范围查找，排行榜应用，取 TOP N 操做等。
八、内存回收和内存共享
①、内存回收
前面讲 Redis 的每一个对象都是由 redisObject 结构表示：
typedef struct redisObject{
//类型
unsigned type:4;
//编码
unsigned encoding:4;
//指向底层数据结构的指针
void *ptr;
//引用计数
int refcount;
//记录最后一次被程序访问的时间
unsigned lru:22;
}robj
其中关键的 type属性，encoding 属性和 ptr 指针都介绍过了，那么 refcount 属性是干什么的呢？
由于 C 语言不具有自动回收内存功能，那么该如何回收内存呢？因而 Redis本身构建了一个内存回收机制，经过在 redisObject 结构中的 refcount 属性实现。这个属性会随着对象的使用状态而不断变化：
一、建立一个新对象，属性 refcount 初始化为1
二、对象被一个新程序使用，属性 refcount 加 1
三、对象再也不被一个程序使用，属性 refcount 减 1
四、当对象的引用计数值变为 0 时，对象所占用的内存就会被释放。
在 Redis 中经过以下 API 来实现：
学过Java的应该知道，引用计数的内存回收机制实际上是不被Java采用的，由于不能克服循环引用的例子（好比 A 具备 B 的引用，B 具备 C 的引用，C 具备 A 的引用，除此以外，这三个对象没有任何用处了），这时候 A B C 三个对象会一直驻留在内存中，形成内存泄露。那么 Redis 既然采用引用计数的垃圾回收机制，如何解决这个问题呢？
在前面介绍 redis.conf 配置文件时，在 MEMORY MANAGEMENT 下有个 maxmemory-policy 配置：
maxmemory-policy ：当内存使用达到最大值时，redis使用的清楚策略。有如下几种能够选择：
1）volatile-lru 利用LRU算法移除设置过过时时间的key (LRU:最近使用 Least Recently Used )
2）allkeys-lru 利用LRU算法移除任何key
3）volatile-random 移除设置过过时时间的随机key
4）allkeys-random 移除随机key
5）volatile-ttl 移除即将过时的key(minor TTL)
6）noeviction noeviction 不移除任何key，只是返回一个写错误 ，默认选项
经过这种配置，也能够对内存进行回收。
②、内存共享
refcount 属性除了能实现内存回收之外，还能用于内存共享。
好比经过以下命令 set k1 100,建立一个键为 k1，值为100的字符串对象，接着经过以下命令 set k2 100 ，建立一个键为 k2，值为100 的字符串对象，那么 Redis 是如何作的呢？
一、将数据库键的值指针指向一个现有值的对象
二、将被共享的值对象引用refcount 加 1
注意：Redis的共享对象目前只支持整数值的字符串对象。之因此如此，其实是对内存和CPU（时间）的平衡：共享对象虽然会下降内存消耗，可是判断两个对象是否相等却须要消耗额外的时间。对于整数值，判断操做复杂度为O(1)；对于普通字符串，判断复杂度为O(n)；而对于哈希、列表、集合和有序集合，判断的复杂度为O(n^2)。
虽然共享对象只能是整数值的字符串对象，可是5种类型均可能使用共享对象（如哈希、列表等的元素可使用）。
九、对象的空转时长
在 redisObject 结构中，前面介绍了 type、encoding、ptr 和 refcount 属性，最后一个 lru 属性，该属性记录了对象最后一次被命令程序访问的时间。
使用 OBJECT IDLETIME 命令能够打印给定键的空转时长，经过将当前时间减去值对象的 lru 时间计算获得。
lru 属性除了计算空转时长之外，还能够配合前面内存回收配置使用。若是Redis打开了maxmemory选项，且内存回收算法选择的是volatile-lru或allkeys—lru，那么当Redis内存占用超过maxmemory指定的值时，Redis会优先选择空转时间最长的对象进行释放。
参考文章：《Redis设计与实现》