1、簡介

Redis的五大數據類型也稱五大數據對象；前面介紹過6大數據結構，Redis并沒有直接使用這些結構來實現鍵值對數據庫，而是使用這些結構構建了一個對象系統redisObject；這個對象系統包含了五大數據對象，字符串對象(string)、列表對象(list)、哈希對象(hash)、集合(set)對象和有序集合對象(zset)；而這五大對象的底層數據編碼可以用命令OBJECT ENCODING來進行查看。

redisObject結構

1 typedef structredisObject {2 //類型

3 unsigned type:4;4 //編碼

5 unsigned encoding:4;6 //指向底層實現數據結構的指針

7 void *ptr;8 //...

9 } robj;

redis是以鍵值對存儲數據的，所以對象又分為鍵對象和值對象，即存儲一個key-value鍵值對會創建兩個對象，鍵對象和值對象。

鍵對象總是一個字符串對象，而值對象可以是五大對象中的任意一種。

type屬性存儲的是對象的類型，也就是我們說的?string、list、hash、set、zset中的一種，可以使用命令 TYPE key?來查看。

encoding屬性記錄了隊形所使用的編碼，即這個對象底層使用哪種數據結構實現。

表中列出了底層編碼常量及對應的OBJECT ENCODING?命令的輸出，前三項都是字符串結構

我們在存入key-value鍵值對時并不會指定對象的encoding，而是Redis會根據不統的使用場景來為一個對象設置不同的編碼，可以達到節約內存、加快訪問速度等目的。

2、字符串對象(string)

字符串對象底層數據結構實現為簡單動態字符串(SDS)和直接存儲，但其編碼方式可以是int、raw或者embstr，區別在于內存結構的不同。

(1)int編碼

字符串保存的是整數值，并且這個正式可以用long類型來表示，那么其就會直接保存在redisObject的ptr屬性里，并將編碼設置為int，如圖：

(2)raw編碼

字符串保存的大于32字節的字符串值，則使用簡單動態字符串(SDS)結構，并將編碼設置為raw，此時內存結構與SDS結構一致，內存分配次數為兩次，創建redisObject對象和sdshdr結構，如圖：

(3)embstr編碼

字符串保存的小于等于32字節的字符串值，使用的也是簡單的動態字符串(SDS結構)，但是內存結構做了優化，用于保存頓消的字符串；內存分配也只需要一次就可完成，分配一塊連續的空間即可，如圖：

字符串對象總結：

在Redis中，存儲long、double類型的浮點數是先轉換為字符串再進行存儲的。

raw與embstr編碼效果是相同的，不同在于內存分配與釋放，raw兩次，embstr一次。

embstr內存塊連續，能更好的利用緩存在來的優勢

int編碼和embstr編碼如果做追加字符串等操作，滿足條件下會被轉換為raw編碼；embstr編碼的對象是只讀的，一旦修改會先轉碼到raw。

3、列表對象(list)

列表對象的編碼可以是ziplist和linkedlist之一。

(1)?ziplist編碼

ziplist編碼的哈希隨想底層實現是壓縮列表，每個壓縮里列表節點保存了一個列表元素。

(2)linkedlist編碼

linkedlist編碼底層采用雙端鏈表實現，每個雙端鏈表節點都保存了一個字符串對象，在每個字符串對象內保存了一個列表元素。

列表對象編碼轉換：

列表對象使用ziplist編碼需要滿足兩個條件：一是所有字符串長度都小于64字節，二是元素數量小于512，不滿足任意一個都會使用linkedlist編碼。

兩個條件的數字可以在Redis的配置文件中修改，list-max-ziplist-value選項和list-max-ziplist-entries選項。

圖中StringObject就是上一節講到的字符串對象，字符串對象是唯一個在五大對象中作為嵌套對象使用的。

4、哈希對象(hash)

哈希對象的編碼可以是ziplist和hashtable之一。

(1)ziplist編碼

ziplist編碼的哈希對象底層實現是壓縮列表，在ziplist編碼的哈希對象中，key-value鍵值對是以緊密相連的方式放入壓縮鏈表的，先把key放入表尾，再放入value；鍵值對總是向表尾添加。

(2)hashtable編碼

hashtable編碼的哈希對象底層實現是字典，哈希對象中的每個key-value對都使用一個字典鍵值對來保存。

字典鍵值對即是，字典的鍵和值都是字符串對象，字典的鍵保存key-value的key，字典的值保存key-value的value。

哈希對象編碼轉換：

哈希對象使用ziplist編碼需要滿足兩個條件：一是所有鍵值對的鍵和值的字符串長度都小于64字節；二是鍵值對數量小于512個；不滿足任意一個都使用hashtable編碼。

以上兩個條件可以在Reids配置文件中修改hash-max-ziplist-value選項和hash-max-ziplist-entries選項。

5、集合對象(set)

集合對象的編碼可以是intset和hashtable之一。

(1)intset編碼

intset編碼的集合對象底層實現是整數集合，所有元素都保存在整數集合中。

(2)hashtable編碼

hashtable編碼的集合對象底層實現是字典，字典的每個鍵都是一個字符串對象，保存一個集合元素，不同的是字典的值都是NULL；可以參考java中的hashset結構。

集合對象編碼轉換：

集合對象使用intset編碼需要滿足兩個條件：一是所有元素都是整數值；二是元素個數小于等于512個；不滿足任意一條都將使用hashtable編碼。

以上第二個條件可以在Redis配置文件中修改et-max-intset-entries選項。

6、有序集合對象(zset)

有序集合的編碼可以是ziplist和skiplist之一。

(1)ziplist編碼

ziplist編碼的有序集合對象底層實現是壓縮列表，其結構與哈希對象類似，不同的是兩個緊密相連的壓縮列表節點，第一個保存元素的成員，第二個保存元素的分值，而且分值小的靠近表頭，大的靠近表尾。

(2)skiplist編碼

skiplist編碼的有序集合對象底層實現是跳躍表和字典兩種；

每個跳躍表節點都保存一個集合元素，并按分值從小到大排列；節點的object屬性保存了元素的成員，score屬性保存分值；

字典的每個鍵值對保存一個集合元素，字典的鍵保存元素的成員，字典的值保存分值。

為何skiplist編碼要同時使用跳躍表和字典實現？

跳躍表優點是有序，但是查詢分值復雜度為O(logn)；字典查詢分值復雜度為O(1) ，但是無序，所以結合連個結構的有點進行實現。

雖然采用兩個結構但是集合的元素成員和分值是共享的，兩種結構通過指針指向同一地址，不會浪費內存。

有序集合編碼轉換：

有序集合對象使用ziplist編碼需要滿足兩個條件：一是所有元素長度小于64字節；二是元素個數小于128個；不滿足任意一條件將使用skiplist編碼。

以上兩個條件可以在Redis配置文件中修改zset-max-ziplist-entries選項和zset-max-ziplist-value選項。

7、總結

在Redis的五大數據對象中，string對象是唯一個可以被其他四種數據對象作為內嵌對象的；

列表(list)、哈希(hash)、集合(set)、有序集合(zset)底層實現都用到了壓縮列表結構，并且使用壓縮列表結構的條件都是在元素個數比較少、字節長度較短的情況下；

四種數據對象使用壓縮列表的優點：

(1)節約內存，減少內存開銷，Redis是內存型數據庫，所以一定情況下減少內存開銷是非常有必要的。

(2)減少內存碎片，壓縮列表的內存塊是連續的，并分配內存的次數一次即可。

(3)壓縮列表的新增、刪除、查找操作的平均時間復雜度是O(N)，在N再一定的范圍內，這個時間幾乎是可以忽略的，并且N的上限值是可以配置的。

(4)四種數據對象都有兩種編碼結構，靈活性增加。

參考：

《Redis設計與實現》黃健宏著，網上對Redis的詳解等

此博客為筆者使用redis很久之后，參考網絡上各類文章總結性書寫，原創手打，如有錯誤歡迎指正。