Redis五种数据类型详解

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一、简介

  Redis的五大数据类型也称五大数据对象;前面介绍过6大数据结构,Redis并没有直接使用这些结构来实现键值对数据库,而是使用这些结构构建了一个对象系统redisObject;这个对象系统包含了五大数据对象,字符串对象(string)、列表对象(list)、哈希对象(hash)、集合(set)对象和有序集合对象(zset);而这五大对象的底层数据编码可以用命令OBJECT ENCODING来进行查看。

//redisObject
typedef struct redisObject {
// 类型属性存储的是对象的类型,也就是我们说的 string、list、hash、set、zset中的一种,
  //可以使用命令 TYPE key 来查看。
unsigned type:4; // 编码,记录了队形所使用的编码,即这个对象底层使用哪种数据结构实现。 unsigned encoding:4; // 指向底层实现数据结构的指针 void *ptr; // ... } robj;

  redis是以键值对存储数据的,所以对象又分为键对象和值对象,即存储一个key-value键值对会创建两个对象,键对象和值对象。键对象总是一个字符串对象,而值对象可以是五大对象中的任意一种

二、字符串对象(string)

字符串对象底层数据结构实现为简单动态字符串(SDS)和直接存储,但其编码方式可以是int、raw或者embstr,区别在于内存结构的不同

(1)int编码

字符串保存的是整数值,并且这个正式可以用long类型来表示,那么其就会直接保存在redisObject的ptr属性里,并将编码设置为int,如图:

 

(2)raw编码

 字符串保存的大于32字节的字符串值,则使用简单动态字符串(SDS)结构,并将编码设置为raw,此时内存结构与SDS结构一致,内存分配次数为两次,创建redisObject对象和sdshdr结构,如图:

(3)embstr编码

 字符串保存的小于等于32字节的字符串值,使用的也是简单的动态字符串(SDS结构),但是内存结构做了优化,用于保存顿消的字符串;内存分配也只需要一次就可完成,分配一块连续的空间即可,如图:

 

 字符串对象总结:

    • 在Redis中,存储long、double类型的浮点数是先转换为字符串再进行存储的。
    • raw与embstr编码效果是相同的,不同在于内存分配与释放,raw两次,embstr一次。
    • embstr内存块连续,能更好的利用缓存在来的优势
    • int编码和embstr编码如果做追加字符串等操作,满足条件下会被转换为raw编码;embstr编码的对象是只读的,一旦修改会先转码到raw。

  应用场景

    1.访问量统计:每次访问博客和文章使用 INCR 命令进行递增。

    2.一般做一些复杂的技术功能的缓存。

三、列表对象(list)

列表对象的编码可以是ziplist和linkedlist之一。

(1) ziplist编码

ziplist编码的列表对象底层实现是压缩列表,每个压缩列表节点保存了一个列表元素。

(2)linkedlist编码

linkedlist编码底层采用双端链表实现,每个双端链表节点都保存了一个字符串对象,在每个字符串对象内保存了一个列表元素。

列表对象编码转换:

    • 列表对象使用ziplist编码需要满足两个条件:一是所有字符串长度都小于64字节,二是元素数量小于512,不满足任意一个都会使用linkedlist编码
    • 两个条件的数字可以在Redis的配置文件中修改,list-max-ziplist-value选项和list-max-ziplist-entries选项。
    • 图中StringObject就是上一节讲到的字符串对象,字符串对象是唯一个在五大对象中作为嵌套对象使用的。

  应用场景:

    做简单的消息队列的功能;最新消息排行等功能(比如朋友圈的时间线)。

四、哈希对象(hash)

哈希对象的编码可以是ziplist和hashtable之一。

(1)ziplist编码

ziplist编码的哈希对象底层实现是压缩列表,在ziplist编码的哈希对象中,key-value键值对是以紧密相连的方式放入压缩链表的,先把key放入表尾,再放入value;键值对总是向表尾添加。

(2)hashtable编码

hashtable编码的哈希对象底层实现是字典,哈希对象中的每个key-value对都使用一个字典键值对来保存。

字典键值对即是,字典的键和值都是字符串对象,字典的键保存key-value的key,字典的值保存key-value的value。

哈希对象编码转换:

    • 哈希对象使用ziplist编码需要满足两个条件:一是所有键值对的键和值的字符串长度都小于64字节;二是键值对数量小于512个;不满足任意一个都使用hashtable编码。
    • 以上两个条件可以在Reids配置文件中修改hash-max-ziplist-value选项和hash-max-ziplist-entries选项。

  应用场景:

    存储、读取、修改对象属性,比如:用户(姓名、性别、爱好),文章(标题、发布时间、作者、内容)

五、集合对象(set)

集合对象的编码可以是intset和hashtable之一。

(1)intset编码

intset编码的集合对象底层实现是整数集合,所有元素都保存在整数集合中。

(2)hashtable编码

hashtable编码的集合对象底层实现是字典,字典的每个键都是一个字符串对象,保存一个集合元素,不同的是字典的值都是NULL;可以参考java中的hashset结构。

集合对象编码转换:

    • 集合对象使用intset编码需要满足两个条件:一是所有元素都是整数值;二是元素个数小于等于512个;不满足任意一条都将使用hashtable编码。
    • 以上第二个条件可以在Redis配置文件中修改et-max-intset-entries选项。

  应用场景

  1、共同好友

  2、利用唯一性,统计访问网站的所有独立ip

 

  3、好友推荐时,根据tag求交集,大于某个阈值就可以推荐

 

六、有序集合对象(zset)

有序集合的编码可以是ziplist和skiplist之一。

(1)ziplist编码 

ziplist编码的有序集合对象底层实现是压缩列表,其结构与哈希对象类似,不同的是两个紧密相连的压缩列表节点,第一个保存元素的成员,第二个保存元素的分值,而且分值小的靠近表头,大的靠近表尾。

(2)skiplist编码

skiplist编码的有序集合对象底层实现是跳跃表和字典两种;

每个跳跃表节点都保存一个集合元素,并按分值从小到大排列;节点的object属性保存了元素的成员,score属性保存分值;

字典的每个键值对保存一个集合元素,字典的键保存元素的成员,字典的值保存分值。

为何skiplist编码要同时使用跳跃表和字典实现?

    • 跳跃表优点是有序,但是查询分值复杂度为O(logn);字典查询分值复杂度为O(1) ,但是无序,所以结合连个结构的有点进行实现。
    • 虽然采用两个结构但是集合的元素成员和分值是共享的,两种结构通过指针指向同一地址,不会浪费内存。

有序集合编码转换:

  • 有序集合对象使用ziplist编码需要满足两个条件:一是所有元素长度小于64字节;二是元素个数小于128个;不满足任意一条件将使用skiplist编码。
  • 以上两个条件可以在Redis配置文件中修改zset-max-ziplist-entries选项和zset-max-ziplist-value选项。

  应用场景

    排行榜,取TopN操作。带权重的消息队列。

7、总结

在Redis的五大数据对象中,string对象是唯一个可以被其他四种数据对象作为内嵌对象的;

列表(list)、哈希(hash)、集合(set)、有序集合(zset)底层实现都用到了压缩列表结构,并且使用压缩列表结构的条件都是在元素个数比较少、字节长度较短的情况下;

四种数据对象使用压缩列表的优点:

(1)节约内存,减少内存开销,Redis是内存型数据库,所以一定情况下减少内存开销是非常有必要的。

(2)减少内存碎片,压缩列表的内存块是连续的,并分配内存的次数一次即可。

(3)压缩列表的新增、删除、查找操作的平均时间复杂度是O(N),在N再一定的范围内,这个时间几乎是可以忽略的,并且N的上限值是可以配置的。

(4)四种数据对象都有两种编码结构,灵活性增加。

 

posted @ 2020-03-14 21:28  Qmillet  阅读(8038)  评论(1编辑  收藏  举报