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Redis字符串對象實用筆記

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字符串對象

字符串?dāng)?shù)據(jù)類型是Redis里最常用的類型了,它的鍵和值都是字符串,使用起來非常的方便。雖然字符串?dāng)?shù)據(jù)類型的值都統(tǒng)稱為字符串了,但是在實際存儲時會根據(jù)值的不同自動選擇合適的編碼。字符串對象的編碼一共有三種:int、raw、embstr。

Redis對象

Redis用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示一個對象,具體定義如下:

typedef struct redisObject {
 unsigned type:4;
 unsigned encoding:4;
 // 當(dāng)內(nèi)存超限時采用LRU算法清除內(nèi)存中的對象
 unsigned lru:LRU_BITS; /* LRU time (relative to global lru_clock) or
       * LFU data (least significant 8 bits frequency
       * and most significant 16 bits access time). */
 // 該對象被引用數(shù)
 int refcount;
 // 對象的值指針
 void *ptr;
} robj;

其中type字段代表對象的類型,取值一共有7種:

/* A redis object, that is a type able to hold a string / list / set */

/* The actual Redis Object */
#define OBJ_STRING 0 /* 字符串對象. */
#define OBJ_LIST 1  /* 列表對象. */
#define OBJ_SET 2  /* 集合對象. */
#define OBJ_ZSET 3  /* 有序集合對象. */
#define OBJ_HASH 4  /* 哈希對象. */

/* The "module" object type is a special one that signals that the object
 * is one directly managed by a Redis module. In this case the value points
 * to a moduleValue struct, which contains the object value (which is only
 * handled by the module itself) and the RedisModuleType struct which lists
 * function pointers in order to serialize, deserialize, AOF-rewrite and
 * free the object.
 *
 * Inside the RDB file, module types are encoded as OBJ_MODULE followed
 * by a 64 bit module type ID, which has a 54 bits module-specific signature
 * in order to dispatch the loading to the right module, plus a 10 bits
 * encoding version. */
#define OBJ_MODULE 5 /* 模塊對象. */
#define OBJ_STREAM 6 /* 流對象. */

然后是encoding字段,代表著對象值的實際編碼類型,取值一共有11種:

/* Objects encoding. Some kind of objects like Strings and Hashes can be
 * internally represented in multiple ways. The 'encoding' field of the object
 * is set to one of this fields for this object. */
#define OBJ_ENCODING_RAW 0  /* 簡單動態(tài)字符串 */
#define OBJ_ENCODING_INT 1  /* long類型的整數(shù) */
#define OBJ_ENCODING_HT 2  /* 字典 */
#define OBJ_ENCODING_ZIPMAP 3 /* 壓縮字典 */
#define OBJ_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* 不再使用的舊列表,使用雙端鏈表. */
#define OBJ_ENCODING_ZIPLIST 5 /* 壓縮列表 */
#define OBJ_ENCODING_INTSET 6 /* 整數(shù)集合 */
#define OBJ_ENCODING_SKIPLIST 7 /* 跳躍表和字典 */
#define OBJ_ENCODING_EMBSTR 8 /* embstr編碼的簡單動態(tài)字符串 */
#define OBJ_ENCODING_QUICKLIST 9 /* 編碼為ziplist的列表 */
#define OBJ_ENCODING_STREAM 10 /* 編碼為listpacks的基數(shù)樹 */

前面已經(jīng)提到字符串對象只用到了long類型的整數(shù)、簡單動態(tài)字符串、embstr編碼的簡單動態(tài)字符串這三種編碼。

OBJ_ENCODING_INT

當(dāng)字符串對象的值是一個整數(shù)且可以用long來表示時,字符串對象的編碼就會是OBJ_ENCODING_INT編碼。

可以看到,當(dāng)值非常大的時候還是用OBJ_ENCODING_RAW來存儲的。

OBJ_ENCODING_RAW

當(dāng)字符串對象的值是一個字符串且長度大于44字節(jié)時,字符串對象的編碼就會是OBJ_ENCODING_RAW編碼。具體結(jié)構(gòu)在下文。

OBJ_ENCODING_EMBSTR

當(dāng)字符串對象的值是一個字符串且長度小于等于44字節(jié)時,字符串對象的編碼就會是OBJ_ENCODING_EMBSTR編碼。OBJ_ENCODING_EMBSTR編碼和OBJ_ENCODING_RAW編碼的區(qū)別主要有以下幾點:

  • OBJ_ENCODING_RAW編碼的對象在分配內(nèi)存時會分配兩次,分別創(chuàng)建redisObject對象和SDS對象。而OBJ_ENCODING_EMBSTR編碼則是一次就分配好。
  • 同樣的,OBJ_ENCODING_RAW編碼的對象釋放內(nèi)存也需要兩次,OBJ_ENCODING_EMBSTR編碼則是一次。
  • OBJ_ENCODING_EMBSTR編碼的數(shù)據(jù)都存儲在連續(xù)的內(nèi)存上,OBJ_ENCODING_RAW編碼則不是。
/* Create a string object with EMBSTR encoding if it is smaller than
 * OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT, otherwise the RAW encoding is
 * used.
 *
 * The current limit of 44 is chosen so that the biggest string object
 * we allocate as EMBSTR will still fit into the 64 byte arena of jemalloc. */
#define OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT 44
robj *createStringObject(const char *ptr, size_t len) {
 if (len = OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT)
  return createEmbeddedStringObject(ptr,len);
 else
  return createRawStringObject(ptr,len);
}

SDS

字符串是Redis里非常常見的類型,而用C實現(xiàn)的Redis和Java不一樣。在C里字符串是用長度為N+1的字符數(shù)組實現(xiàn)的,且使用空字符串'\0'作為結(jié)束符號。獲取字符串的長度需要遍歷一遍,找到空字符串'\0'才知道字符串的長度,復(fù)雜度是O(N)。

如果有一個長度非常大的字符串,單線程的Redis獲取它的長度就可能會阻塞很久,這是不能接受的,所以Redis需要一種更高效的字符串類型。

Redis實現(xiàn)了一個叫SDS(simple dynamic string)的字符串類型,其中有兩個變量來分別代表字符串的長度和字符數(shù)組未使用的字符數(shù)量,這樣就可以用O(1)的復(fù)雜度來獲取字符串的長度了,而且同樣也是使用空字符串'\0'作為結(jié)束符號。

struct sdshdr {
 // 字符串長度
 int len;
 // 字符數(shù)組未使用的字符數(shù)量
 int free;
 // 保存字符串的字符數(shù)組
 char buf[];
}

擴容機制

SDS在字符數(shù)組空間不足于容納新字符串的時候會自動擴容。

如果把一個C字符串拼接到一個SDS后面,當(dāng)字符數(shù)組空間不足時,SDS會先擴容到剛好可以容納新字符串的長度,然后再擴充新字符串的空字符長度,最終SDS的字符數(shù)組長度等于 2 * 新字符串 + 1(結(jié)束符號'\0')。不過當(dāng)新字符串的大小超過1MB后,擴充的空字符長度大小會固定為1MB。

之所以會有這個機制,是因為Redis作為一個NoSQL數(shù)據(jù)庫,會頻繁的修改字符串,擴容機制相當(dāng)于給SDS做了一個緩沖池。把SDS連續(xù)增長N次字符串需要內(nèi)存重分配N次優(yōu)化成了SDS連續(xù)增長N次字符串最多需要內(nèi)存重分配N次,這其實和Java里的StringBuilder實現(xiàn)思想是一樣的。

后記

我看過兩本關(guān)于Redis的書,里面都是講Redis如何實戰(zhàn)的,并沒有講Redis的設(shè)計和實現(xiàn)。這也就導(dǎo)致了面試很尷尬,因為面試官最喜歡問原理相關(guān)的東西了,所以以后學(xué)習(xí)技術(shù)的時候不要從實戰(zhàn)類的書籍開始了,還是先看懂原理比較好。

參考資料

這是《Redis設(shè)計與實現(xiàn)》里字符串一節(jié)的總結(jié)。


總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,謝謝大家對腳本之家的支持。

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標(biāo)簽:伊春 畢節(jié) 拉薩 定州 甘南 河源 泰州 南寧

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