1 概述

数据结构和内部编码

无传统关系型数据库的 Table 模型

schema 所对应的db仅以编号区分。同一 db 内，key 作为顶层模型，它的值是扁平化的。即 db 就是key的命名空间。

key的定义通常以:分隔，如：Article:Count:1

常用的Redis数据类型有：string、list、set、map、sorted-set

redisObject通用结构

Redis中的所有value 都是以object 的形式存在的，其通用结构如下

• type 数据类型
  指 string、list 等类型
• encoding 编码方式
  指的是这些结构化类型具体的实现方式，同一个类型可以有多种实现。e.g. string 可以用int 来实现，也可以使用char[] 来实现；list 可以用ziplist 或者链表来实现
• lru
  本对象的空转时长，用于有限内存下长时间不访问的对象清理
• refcount
  对象引用计数，用于GC
• ptr 数据指针
  指向以 encoding 方式实现这个对象实际实现者的地址。如：string 对象对应的SDS地址（string的数据结构/简单动态字符串）

单线程

单线程为何这么快？

• 纯内存
• 非阻塞I/O
• 避免线程切换和竞态消耗

• 一次只运行一条命令
• 拒绝长(慢)命令
  keys, flushall, flushdb, slow lua script, mutil/exec, operate big value(collection)
• 其实不是单线程
  fysnc file descriptor
  close file descriptor

2 string

Redis中的 string 可表示很多语义

• 字节串（bits）
• 整数
• 浮点数

redis会根据具体的场景完成自动转换，并根据需要选取底层的实现方式。

例如整数可以由32-bit/64-bit、有符号/无符号承载，以适应不同场景对值域的要求。

• 字符串键值结构，也能是 JSON 串或 XML 结构

内存结构

在Redis内部，string的内部以 int、SDS（简单动态字符串 simple dynamic string）作为存储结构

• int 用来存放整型
• SDS 用来存放字节/字符和浮点型SDS结构

SDS

typedef struct sdshdr {
    // buf中已经占用的字符长度
    unsigned int len;
    // buf中剩余可用的字符长度
    unsigned int free;
    // 数据空间
    char buf[];
}

• 结构图
  存储的内容为“Redis”，Redis采用类似C语言的存储方法，使用’\0’结尾（仅是定界符）。
  SDS的free 空间大小为0，当free > 0时，buf中的free 区域的引入提升了SDS对字符串的处理性能，可以减少处理过程中的内存申请和释放次数。

buf 的扩容与缩容

• 当对SDS 进行操作时，如果超出了容量。SDS会对其进行扩容，触发条件如下：
• 字节串初始化时，buf的大小 = len + 1，即加上定界符’\0’刚好用完所有空间
• 当对串的操作后小于1M时，扩容后的buf 大小 = 业务串预期长度 * 2 + 1，也就是扩大2倍。
• 对于大小 > 1M的长串，buf总是留出 1M的 free空间，即2倍扩容，但是free最大为 1M。

字节串与字符串

SDS中存储的内容可以是ASCII 字符串，也可以是字节串。由于SDS通过len 字段来确定业务串的长度，因此业务串可以存储非文本内容。对于字符串的场景，buf[len] 作为业务串结尾的’\0’ 又可以复用C的已有字符串函数。

SDS编码的优化

value 在内存中有2个部分：redisObject和ptr指向的字节串部分。

在创建时，通常要分别为2个部分申请内存，但是对于小字节串，可以一次性申请。

incr userid:pageview (单线程:无竞争)。缓存视频的基本信息(数据源在MySQL)

public VideoInfo get(Long id) {
    String redisKey = redisPrefix + id;
    VideoInfo videoInfo e redis.get(redisKey);
    if (videoInfo == null) {
        videoInfo = mysql.get(id);
        if (videoInfo != null) {
            // 序列化
            redis.set(redisKey serialize(videoInfo)):
        }
    }
}           

除此之外，string 类型的value还有一些CAS的原子操作，如：get、set、set value nx（如果不存在就设置）、set value xx（如果存在就设置）。

String 类型是二进制安全的，也就是说在Redis中String类型可以包含各种数据，比如一张JPEG图片或者是一个序列化的Ruby对象。一个String类型的值最大长度可以是512M。

在Redis中String有很多有趣的用法

• 把String当做原子计数器，这可以使用INCR家族中的命令来实现：INCR, DECR, INCRBY。
• 使用APPEND命令来给一个String追加内容。
• 把String当做一个随机访问的向量（Vector），这可以使用GETRANGE和 SETRANGE命令来实现
• 使用GETBIT 和SETBIT方法，在一个很小的空间中编码大量的数据，或者创建一个基于Redis的Bloom Filter 算法。