面试题：

谈谈Redis数据类型的底层数据结构：

SDS动态字符串
双向链表
玉缩列表ziplist
哈希表hashtable
跳表kiplist
整数集合intset
快速列表quicklist
紧凑列表listpack

Redis源代码的核心部分

官网：GitHub - redis/redis: Redis is an in-memory database that persists on disk. The data model is key-value, but many different kind of values are supported: Strings, Lists, Sets, Sorted Sets, Hashes, Streams, HyperLogLogs, Bitmaps.

源码位置：\redis-7.0.5\src

Redis基本数据结构

官网说明：

主要包括这些源码文件：Redis对象 object.c、字符串 t_string.c、列表 t_list.c、字典 t_hash.c、集合及有序集合 t_set.c 和 t_zset.c、数据流 t_stream.c（Streams的底层实现结构 listpack.c 和 rax.c）。

还包括：简单动态字符串 sds.c、整数集合 intset.c、压缩列表 ziplist.c、快速链表 quicklist.c、listpack、字典 dict.c

Redis数据库的实现

数据库的底层实现 db.c
持久化 rdb.c 和 aof.c

Redis服务端和客户端实现

事件驱动 ae.c 和 ae_epoll.c
网络连接 anet.c 和 networking.c
服务满程序 server.c
客户端程序
edis-cli.c

其他实现

主从复制replication.c
哨兵 sentinel.c
集群 cluster.c
其他数结构，如 hyperloglog.c、geo.c 等
其他功能，如 pub/sub、Lua 脚本

Redis字典数据库中 KV 键值对到底是什么

如何实现键值对(key-value)数据库的

redis是key-value存储系统，key一般都是String类型的字符串对象，value类型则为redis对象(redisObject)。

注：value可以是字符串对象，也可以是集合数据类型的对象，比如List对象、Hash对象、Set对象和Zset对象。

十大类型说明

传统 5 大类型：String、List、Hash、Set、ZSet

新介绍的 5 大类型：

bitmap：实质String
hyperLogLog：实质String
GEO：实质Zset
Stream：实质Stream
BITFIELD：看具体key

上帝视角

Redis定义了redisObjec结构体来表示string、hash、list、set、zset等数据类型

Redis中每个对象都是一个redisObject结构。

字典、KV是什么(重点）

每个键值对都会有一个dictEntry

源码位置：(dict.h)

重点：从dictEntry到RedisObject

这些键值对是如何保存进Redis并进行读取操作，O(1)复杂度

redisObject+Redis数据类型+Redis所有编码方式（底层实现）三者之间的关系

5大结构底层语言源码分析

C语言struct结构体语法简介

Redis数据类型与数据结构总纲图

源码分析总体数据结构大纲：

1.SDS动态字符串
2.双向链表
3.压缩列表ziplist
4.哈希表hashtable
5.跳表skiplist
6.整数集合intset
7.快速列表quicklist
8.紧凑列表listpack

redis6之前，老版本

Redis7版本

源码分析总体数据结构大纲

redisObject操作底层定义来自那里？

举例

从set hello world说起，每个键值对都会有一个dictEntry。

set hello word为例，因为Redis是KV键值对的数据库，每个键值对都会有一个dictEntry(源码位置：dict.h)，里面指向了key和value的指针，next 指向下一个 dictEntry。

key 是字符串，但是 Redis 没有直接使用 C 的字符数组，而是存储在redis自定义的 SDS中。

value 既不是直接作为字符串存储，也不是直接存储在 SDS 中，而是存储在redisObject 中。

实际上五种常用的数据类型的任何一种，都是通过 redisObject 来存储的。

备注：

查看key类型：type key

查看key编码：object encoding hello

redisObjec结构的作用

为了便于操作，Redis采用redisObjec结构来统一五种不同的数据类型，这样所有的数据类型就都可以以相同的形式在函数间传递而不用使用特定的类型结构。同时，为了识别不同的数据类型，redisObjec中定义了type和encoding字段对不同的数据类型加以区别。简单地说，redisObjec就是string、hash、list、set、zset的父类，可以在函数间传递时隐藏具体的类型信息，所以作者抽象了redisObjec结构来到达同样的目的。

RedisObject各字段的含义

解释：

1、4位的type表示具体的数据类型

2、4位的encoding表示该类型的物理编码方式见下表，同一种数据类型可能有不同的编码方式。(比如String就提供了3种:int embstr raw)

3、lru字段表示当内存超限时采用LRU算法清除内存中的对象。

4、refcount表示对象的引用计数。

5、ptr指针指向真正的底层数据结构的指针。

举例：

前置知识

各个类型的数据结构的编码映射和定义

Debug Object key 使用

开启debug模式：

配置文件config修改 enable-debug-command local

开启前

开启后

解释：

1、Value at: 内存地址

2、refcount: 引用次数

3、encoding: 物理编码类型

4、serializedlength: 序列化后的长度（注意这里的长度是序列化后的长度，保存为rdb文件时使用了该算法，不是真正存贮在内存的大小),会对字串做一些可能的压缩以便底层优化

5、lru：记录最近使用时间戳

6、lru_seconds_idle：空闲时间

String数据结构介绍

3大物理编码方式

RedisObject内部对应3大物理编码：int、embstr、raw

1、int 编码

保存long型（长整型）的64位(8个字节)有符号整数。最大值：9223372036854775807，其中数字最多19位。

补充：只有整数才会使用int，如果是浮点数，Redis内部其实先将浮点数转化为字符串值，然后再保存。

2、embstr 编码

代表embstr格式的SDS(Simple Dynamic String 简单动态字符串），保存长度小于44字节的字符串。

embstr 顾名思义即：embedded string，表示嵌入式的String。

3、raw 编码

保存长度大于44字节的字符串。

编码案例

C语言中的字符串形式：

假如现在展现一个字符串：Redis

Redis没有直接复用C语言的字符串，而是新建了属于自己的结构-----SDS

在Redis数据库里，包含字符串值的键值对都是由SDS实现的(Redis中所有的键都是由字符串对象实现的即底层是由SDS实现，Redis中所有的值对象中包含的字符串对象底层也是由SDS实现)。

源码分析

官网：GitHub - antirez/sds: Simple Dynamic Strings library for C

1、sds.h源码分析

说明

Redis中字符串的实现,SDS有多种结构（sds.h）：
sdshdr5、(2^5=32byte)
sdshdr8、(2 ^ 8=256byte)
sdshdr16、(2 ^ 16=65536byte=64KB)
sdshdr32、 (2 ^ 32byte=4GB)
sdshdr64，2的64次方byte＝17179869184G用于存储不同的长度的字符串。

len 表示 SDS 的长度，使我们在获取字符串长度的时候可以在 O(1)情况下拿到，而不是像 C 那样需要遍历一遍字符串。

alloc 可以用来计算 free 就是字符串已经分配的未使用的空间，有了这个值就可以引入预分配空间的算法了，而不用去考虑内存分配的问题。

buf 表示字符串数组，真存数据的。

2、Redis为什么重新设计一个SDS数据结构？

C语言没有Java里面的String类型，只能是靠自己的char[]来实现，字符串在 C 语言中的存储方式，想要获取「Redis」的长度，需要从头开始遍历，直到遇到 '\0' 为止。所以，Redis 没有直接使用 C 语言传统的字符串标识，而是自己构建了一种名为简单动态字符串 SDS（simple dynamic string）的抽象类型，并将 SDS 作为 Redis 的默认字符串。

3、set k1 v1命令底层发生了什么？调用关系是怎么样的

4、INT编码格式

命令示例： set k3 123

当字符串键值的内容可以用一个64位有符号整形来表示时，Redis会将键值转化为long型来进行存储，此时即对应 OBJ_ENCODING_INT 编码类型。内部的内存结构表示如下：

Redis 启动时会预先建立 10000 个分别存储 0~9999 的 redisObject 变量作为共享对象，这就意味着如果 set字符串的键值在 0~10000 之间的话，则可以 直接指向共享对象而不需要再建立新对象，此时键值不占空间！

set k1 123

set k2 123

源码内容

redis源代码：server.h（定义一个共享变量）

redis6源代码：object.c

redis7源代码：object.c

5、EMBSTR编码格式

命令示例：set k3 abc

redis源代码：object.c

对于长度小于 44的字符串，Redis 对键值采用OBJ_ENCODING_EMBSTR 方式，EMBSTR 顾名思义即：embedded string，表示嵌入式的String。从内存结构上来讲即字符串 sds结构体与其对应的 redisObject 对象分配在同一块连续的内存空间，字符串sds嵌入在redisObject对象之中一样。

进一步createEmbeddedStringObject方法

redis源代码：object.c

高明之处：ptr指针指向下一个地址。

6、RAW编码格式

命令示例：set k3 abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz

当字符串的键值为长度大于44的超长字符串时，Redis 则会将键值的内部编码方式改为OBJ_ENCODING_RAW格式，这与OBJ_ENCODING_EMBSTR编码方式的不同之处在于，此时动态字符串sds的内存与其依赖的redisObject的内存不再连续了。