Redis五种数据结构底层编码结构

RedisObject

Redis中的任意数据类型的键和值都会被封装为一个RedisObject，也叫做Redis对象，源码如下：

对象头不包含数据就已经占16字节，如果数据存string型，一个string一个对象头比较浪费空间，存大量数据时还是建议使用集合，这样可以共用一个对象头更加节省空间

Redis的编码方式

Redis中会根据存储的数据类型不同，选择不同的编码方式，共包含11种不同类型：

Redis中会根据存储的数据类型不同，选择不同的编码方式。 每种数据类型的使用的编码方式如下：

String

String是Redis中最常见的数据存储类型：

其基本编码方式是RAW，基于简单动态字符串（SDS）实现，存储上限为512mb。
如果存储的SDS长度小于44字节，则会采用EMBSTR编码，此时object head与SDS是一段连续空间。申请内存时只需要调用一次内存分配函数，效率更高。（redis分配内存按2^n字节分配，当SDS占44字节时，object head与SDS占用64字节，不会产生内存碎片）
如果存储的字符串是整数值，并且大小在LONG_MAX范围内，则会采用INT编码：直接将数据保存在RedisObject的ptr指针位置（刚好8字节，可以存储任意大小整数），不再需要SDS了。

整体结构：

查看数据编码方式 object encoding key

List

Redis的List类型可以从首、尾操作列表中的元素（列表左右两边都可以push、pop）：

满足上述功能的数据结构有如下三种：

LinkedList ：普通链表，可以从双端访问，内存占用较高，内存碎片较多
ZipList ：压缩列表，可以从双端访问，内存占用低，存储上限低
QuickList：LinkedList + ZipList，可以从双端访问，内存占用较低，包含多个ZipList，存储上限高

具体实现：

在3.2版本之前，Redis采用ZipList和LinkedList来实现List，当元素数量小于512并且元素大小小于64字节时采用ZipList编码，超过则采用LinkedList编码。
在3.2版本之后，Redis统一采用QuickList来实现List：
（where参数区分从头或者尾添加元素）

整体结构：

Set

Set是Redis中的单列集合，满足下列特点：

不保证有序性
保证元素唯一
求交集、并集、差集

上述特点基本都需借助元素是否存在功能，满足快速高效判断元素是否存在数据结构如下：

HashTable，也就是Redis中的Dict，不过Dict是双列集合（可以存键、值对）【SkipList跳表有序因此不满足】

具体实现：

Set是Redis中的集合，不一定确保元素有序，可以满足元素唯一、查询效率要求极高。

为了查询效率和唯一性，set采用HT编码（Dict）。Dict中的key用来存储元素，value统一为null。
当存储的所有数据都是整数，并且元素数量不超过set-max-intset-entries时，Set会采用IntSet编码，以节省内存。

添加元素IntSet可能会转为Dict

整体结构：

ZSet

ZSet也就是SortedSet，其中每一个元素都需要指定一个score值和member值：

有如下特点：

可以根据score值排序后
member必须唯一
可以根据member查询分数

zset底层数据结构必须满足键值存储、键必须唯一、可排序这几个需求，如下两个编码结构满足需求：

SkipList：可以排序，并且可以同时存储score和ele值（member）
HT（Dict）：可以键值存储，并且可以根据key找value

两者结合才能满足所有需求。

源码

完整结构

操作效率是很高，但是占用内存较大，每个元素存储两份

当元素数量不多时，HT和SkipList的优势不明显，而且更耗内存。因此zset还会采用ZipList结构来节省内存，不过需要同时满足两个条件：

① 元素数量小于zset_max_ziplist_entries，默认值128

② 每个元素都小于zset_max_ziplist_value字节，默认值64

添加元素ZipList可能转化为SkipList(ZSet编码转换)

ziplist本身没有排序功能，而且没有键值对的概念，因此需要有zset通过编码实现：

ZipList是连续内存，因此score和element是紧挨在一起的两个entry， element在前，score在后
score越小越接近队首，score越大越接近队尾，按照score值升序排列

Hash

Hash结构与Redis中的Zset非常类似：

都是键值存储
都需求根据键获取值
键必须唯一

区别如下：

zset的键是member，值是score；hash的键和值都是任意值
zset要根据score排序；hash则无需排序

因此，Hash底层采用的编码与Zset也基本一致，只需要把排序有关的SkipList去掉即可：

Hash结构默认采用ZipList编码，用以节省内存。 ZipList中相邻的两个entry 分别保存field和value
当数据量较大时，Hash结构会转为HT编码，也就是Dict，触发条件有两个：

① ZipList中的元素数量超过了hash-max-ziplist-entries（默认512）

② ZipList中的任意entry大小超过了hash-max-ziplist-value（默认64字节）