Redis揭秘:编码的精妙运用
Redis是一个高性能的key-value存储系统,常用于缓存,计数器和分布式锁等场景。在Redis内部,数据存储的格式实际上是由编码来控制的,因此编码是Redis内部运行的重要部分。本文将从Redis的编码入手,探讨在数据存储中缩减内存占用、优化性能的精妙实现方式。
1. Redis的五种数据类型
在Redis中,支持五种基本数据类型的存储:字符串(STRING)、散列(HASH)、列表(LIST)、集合(SET)和有序集合(ZSET)。为了减少内存和提高性能,每种数据类型都有对应的编码方式,如下表所示:
| 数据类型 | 编码方式 |
| ——– | ———- |
| 字符串 | int, emb |
| 散列 | ziplist, ht |
| 列表 | ziplist,lt |
| 集合 | intset,ht |
| 有序集合 | ziplist,skl |
其中,int、emb、ziplist、ht、lt、intset和skl都是Redis内部数据结构的简称,本文将一一解释其具体含义。
2. 整数编码
当存储的值是整数类型时,Redis采用int或emb编码。其中,当一个整数较小(小于等于253)且满足一定的条件时,Redis采用emb编码。与int型相比,emb编码的优势在于占用更少的内存,同时在解析时也要快得多。例如:
redis> set a 1
OK
redis> object encoding a
"int"
redis> set a 1000
OK
redis> object encoding a
"embstr"
此时,对于a的值,Redis采用了embstr编码。
3. ziplist编码
ziplist是Redis使用的一种轻量紧凑的链表结构,用于存储列表和有序集合类型的数据。ziplist的内存分配是连续的,而且在存储小的数据时,ziplist比其他数据类型占用更少的内存。
具体来说,ziplist是通过双向链表实现的,每个节点都存储了当前节点的前置节点和后置节点地址,以及当前节点的内容。在ziplist内部,每个节点的长度是不固定的,这样ziplist就能够通过压缩、优化存储放置在列表中的所有元素。举例来说,如果一个列表中都是非负数,那么ziplist就可以将这些数压缩成连续的整数:
redis> rpush mylist 1 2 3 4 5
(integer) 5
redis> object encoding mylist
"ziplist"
在此例中,mylist的编码方式是ziplist。
4. 散列和集合的编码方式
对于散列和集合类型的数据,Redis采用另外的两种编码方式:ht和intset。
ht是指哈希表,也就是字典结构——当散列键值对的存储数量比较少的时候,Redis使用该方式进行存储。而当数据存储的值都是整数且元素数量不多时,Redis采用了intset编码方式。
整数集合只能存储整型数据,它主要包含三个成员变量:encoding表示当前的编码方式,length表示当前集合中元素的数量,contents则是用于存放元素的数组。在内部实现时,Redis通过将集合中所有的元素存储到一个数组中,再进行压缩、优化后实现占用更少内存的存储。
5. skiplist编码
对于有序集合类型的数据,Redis采用了skiplist编码。与ziplist类似,skiplist也是由多个节点组成的链表结构,其中每个节点都有若干指向下一个节点的指针。每个节点数据里存储的是实际添加到集合中的元素的key值和对应的score值。
redis> zadd myzset 1 one
(integer) 1
redis> zadd myzset 2 two
(integer) 1
redis> zadd myzset 3 three
(integer) 1
redis> object encoding myzset
"skiplist"
在此例中,为了存储myzset中的数据,Redis采用了skiplist编码方式。
总结
Redis的编码方式是在实际的使用中对内存占用和性能做了一系列优化。在Redis中,不同的数据类型采用不同的编码方式,从而有效地优化了内存占用和访问速度。掌握Redis的编码方式,能够更好地理解Redis的内部实现,从而更好地利用Redis进行数据存储和处理。
参考代码:
redis> set a 100
OK
redis> object encoding a
"int"
redis> sadd myset 1 "hello"
(integer) 1
redis> object encoding myset
"hashtable"
redis> hset myhash 1 1
(integer) 1
redis> object encoding myhash
"ziplist"
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