引言

本文是对《redis设计与实现(第二版)》中数据结构与对象相关内容的整理与说明。本篇文章只对对象结构，1种对象——字符串对象。以及字符串对象所对应的两种编码——raw和embstr，进行了详细介绍。表达一些本人的想法与看法，也希望更多朋友一起来讨论，分享交流。

作者：太阳

云掣科技-数据库团队

数据库工程师

对象

redis使用对象来表示数据库中的键和值，每次当我们在redis的数据库中新创建一个键值对时，我们至少会创建两个对象，一个对象用作键值对的键(键对象)，另一个对象用作键值对的值(值对象)。

redis的每种对象都由对象结构(redisObject)与对应编码的数据结构组合而成，redis支持5种对象类型，分别是字符串(string)、列表(list)、哈希(hash)、集合(set)、有序集合(zset)，而每种对象类型至少对应两种编码方式，不同的编码方式所对应的底层数据结构是不同的。

每个对象会用到的编码以及对应的数据结构详见下表：

每种对象对应两至三种编码，除skiplist编码需要用到两种数据结构(字典+跳跃表)外，其余编码均用到一种底层的数据结构。

同一个对象类型，在不同的场景下用到的编码(数据结构)不同，redis支持8种编码以及8种底层的数据结构。这种方式更加灵活，可以帮助redis获得更高的性能以及尽量占用更少的内存。比如如果字符串对象中要存储的字符串内容所占字节较小，会用embstr编码的格式，如果要存储的内容所占字节较大，会用raw编码的格式，具体细节后文会详细说明。

总结说明

上文说过，redis中的键和值都是由对象组成的，而对象是由对象结构和数据结构共同组成的。redis中的键，都是用字符串来存储的，即对于redis数据库中的键值对来说，键总是一个字符串对象，而值可以是字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象或者有序集合对象中的其中一种。

键、值的整体大致结构可以如下图所示：

对象结构

对象结构(redisObject)共有5个属性，分别是type属性、encoding属性、ptr属性、refcount属性、lru属性。

其中type属性、encoding属性、ptr属性和保存数据有关：

type属性：表示该对象的类型是什么；
encoding属性：表示这个对象使用的底层数据结构是什么；
ptr属性：是一个指向底层数据结构的指针；

refcount属性是一个引用计数属性，可以用于内存回收和对象共享；
lru属性，记录了对象最后一次被命令程序访问的时间，可以计算出某个键的空转时长。

对象结构的逻辑图如下所示：

内存回收--refcount属性

在对象结构中，有refcount这个属性，该属性用于记录对象的引用计数信息，redis利用引用计数(referencecounting)技术实现内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟踪对象的引用计数信息，在适当的时候自动释放对象并进行内存回收。

具体策略：
在创建一个新对象时，引用计数的值会被初始化为1；
当对象被一个新程序使用时，它的引用计数值会被+1；
当对象不再被一个程序使用时，它的引用计数值会被-1；
当对象的引用计数值变为0时，对象所占用的内存会被释放。

对象共享--refcount属性

Redis会在初始化服务器时，服务器会创建一万个字符串对象，这些对象包含了从0到9999的所有整数值，当服务器、新创建的键需要用到值为0到9999的字符串对象时，服务器就会使用这些共享对象，而不是新创建对象。

对象结构中，refcount是引用指针属性，如果有N个键共享一个值，refcount对应的值就为N。创建共享字符串对象的数量可以通过redis.h/redis_shared_intengers常量来修改。object refcount命令可以查看某个键对应的值被引用了多少次。

让多个键共享一个值，需要执行以下两个步骤：

将键的值指针，指向被共享的值对象；

被共享的值对象的引用计数器加一，即refcount属性的值加一。

引用数为2的共享对象结构图如下图所示：

总结说明

当服务器考虑将一个键的值引用共享对象时，键的值作为目标对象，程序需要先检查共享对象和目标对象的类型是否完全相同，只有在完全相同的情况下，共享对象才会被引用。而一个共享对象保存的值越复杂，验证共享对象与目标对象所需的复杂度就会越高，消耗的CPU时间也会越多。

所以共享对象的优点是被其它键引用时，可以节省内存空间，缺点是被引用时需要进行判断，这个过程需要消耗CPU，如果共享对象简单，消耗很小的CPU并节省内存空间是值得的。

但如果对象共享很复杂，进行判断就需要消耗大量CPU，消耗大量CPU去节省内存空间是不值得的，因为redis本身的内存空间还是很大的。

知识点

redis支持5种对象，包括字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象以及有序集合对象。而字符串对象是redis中的一个基础对象，其它对象均可以在底层的数据结构内部嵌套字符串对象。

对于对象共享：
1、只有字符串对象才能被创建为共享对象，被其它字符串键使用；
2、用字符串对象创建的共享对象，不单单只有字符串键可以使用，那些在数据结构中嵌套了字符串对象的对象(linkedlist编码的列表对象、hashtable编码的哈希对象、hashtable编码的集合对象，以及skiplist编码的有序集合对象)都可以使用这些字符串共享对象。

Q&A

Q

为什么redis不共享列表对象、哈希对象、集合对象、有序集合对象，只共享字符串对象？
A

列表对象、哈希对象、集合对象、有序集合对象，本身可以包含字符串对象，复杂度较高。

如果共享对象是保存字符串对象，那么验证操作的复杂度为O(1)；
如果共享对象是保存字符串值的字符串对象，那么验证操作的复杂度为O(N)；
如果共享对象是包含多个值的对象，其中值本身又是字符串对象，即其它对象中嵌套了字符串对象，比如列表对象、哈希对象，那么验证操作的复杂度将会是O(N的平方)；
如果对复杂度较高的对象创建共享对象，需要消耗很大的CPU，用这种消耗去换取内存空间，是不合适的。

碎碎念

1、现在我们知道，redis为了避免额外的内存消耗，在初始化的时候，为0~9999这些整数创建了共享对象。那除了0~9999，redis内部是否还设置了其它类型的共享对象？但具体有哪些值被作为了共享对象还不是特别清楚，不过应该都是一些简单的值。

2、另外，0~9999整数是程序初始化时自动创建为共享对象的，我们是否可以手动创建共享对象？比如我们认为有很多键对应的值都是相同的，是否可以手动创建共享对象以节省内存？如果可以，又有哪些限制要求？

创建的共享对象，当其它键去引用共享对象时，需要进行判断，两者的类型完全相同才可以被应用，共享对象保存的内容越复杂，进行判断时需要消耗的CPU就越大。

redis初始化创建的0~9999的共享对象，结构很简单，进行判断时消耗的CPU很小。但是如果redis允许我们手动为某些值创建共享对象，它的结构只要稍微复杂一些，就需要消耗很大的CPU，这无疑是不合适的，所以redis为了避免这种不必要的影响，应该不支持手动创建共享对象。

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