Redisbook學習筆記（3）資料類型之對象處理機制

在Redis 的命令中，用於對鍵key）進行處理的命令佔了很大一部分，而對於鍵所儲存的值的

類型後簡稱“鍵的類型” ），鍵能執行的命令又各不相同。

比如說，LPUSH 和LLEN 只能用於列表鍵，而SADD 和SRANDMEMBER 只能用於集合

鍵，等等。

另外一些命令，比如DEL 、TTL 和TYPE ，可以用於任何類型的鍵，但是，要正確實現這些

命令，必須為不同類型的鍵設定不同的處理方式：比如說，刪除一個列表鍵和刪除一個字串

鍵的操作過程就不太一樣。

以上的描述說明，Redis 必須讓每個鍵都帶有類型資訊，使得程式可以檢查鍵的類型，並為它

選擇合適的處理方式。

另外，在前面介紹各個底層資料結構時有提到，Redis 的每一種資料類型，比如字串、列表、

有序集，它們都擁有不只一種底層實現Redis 內部稱之為編碼，encoding），這說明，每當對

某種資料類型的鍵進行操作時，程式都必鬚根據鍵所採取的編碼，進行不同的操作。

比如說，集合類型就可以由字典和整數集合兩種不同的資料結構實現，但是，當使用者執行

ZADD 命令時，他/她應該不必關心集合使用的是什麼編碼，只要Redis 能按照ZADD 命令的

指示，將新元素添加到集合就可以了。

這說明，操作資料類型的命令除了要對鍵的類型進行檢查之外，還需要根據資料類型的不同編

碼進行多態處理。

為瞭解決以上問題，Redis 構建了自己的類型系統，這個系統的主要功能包括：

redisObject 對象。

基於redisObject 對象的類型檢查。

基於redisObject 對象的顯式多態函數。

對redisObject 進行分配、共用和銷毀的機制。

以下小節將分別介紹類型系統的這幾個方面。

Note: 因為C 並不是物件導向語言，這裡將redisObject 稱呼為對象一是為了講述的方便，

二是希望通過模仿OOP 的常用術語，讓這裡的內容更容易被理解，redisObject 實際上是只

是一個結構類型。

redisObject 資料結構，以及Redis 的資料類型

redisObject 是Redis 類型系統的核心，資料庫中的每個鍵、值，以及Redis 本身處理的參數，

都表示為這種資料類型。

redisObject 的定義位於redis.h ：

/** Redis 對象*/typedef struct redisObject {// 類型unsigned type:4;// 對齊位unsigned notused:2;// 編碼方式unsigned encoding:4;// LRU 時間相對於server.lruclock）unsigned lru:22;// 引用計數int refcount;// 指向對象的值void *ptr;} robj;

type 、encoding 和ptr 是最重要的三個屬性。

type 記錄了對象所儲存的值的類型，它的值可能是以下常量的其中一個定義位於redis.h）：

/** 物件類型*/#define REDIS_STRING 0 // 字串#define REDIS_LIST 1 // 列表#define REDIS_SET 2 // 集合#define REDIS_ZSET 3 // 有序集#define REDIS_HASH 4 // 雜湊表

encoding 記錄了對象所儲存的值的編碼，它的值可能是以下常量的其中一個定義位於

redis.h）：

/** 對象編碼*/#define REDIS_ENCODING_RAW 0 // 編碼為字串#define REDIS_ENCODING_INT 1 // 編碼為整數#define REDIS_ENCODING_HT 2 // 編碼為雜湊表#define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3 // 編碼為zipmap#define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 // 編碼為雙端鏈表#define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 // 編碼為壓縮列表#define REDIS_ENCODING_INTSET 6 // 編碼為整數集合#define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7 // 編碼為跳躍表

ptr 是一個指標，指向實際儲存值的資料結構，這個資料結構由type 屬性和encoding 屬性決

定。

舉個例子， 如果一個redisObject 的type 屬性為REDIS_LIST ， encoding 屬性為

REDIS_ENCODING_LINKEDLIST ，那麼這個對象就是一個Redis 列表，它的值儲存在一個雙

端鏈表內，而ptr 指標就指向這個雙端鏈表；

另一方面， 如果一個redisObject 的type 屬性為REDIS_HASH ， encoding 屬性為

REDIS_ENCODING_ZIPMAP ，那麼這個對象就是一個Redis 雜湊表，它的值儲存在一個zipmap

裡，而ptr 指標就指向這個zipmap ；諸如此類。

展示了redisObject 、Redis 所有資料類型、以及Redis 所有編碼方式底層實現）三者

之間的關係：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/140211/22540KU6-0.jpg" title="QQ20140210214451.png" alt="wKiom1L42DPwvSEaAAF7ivDMBUg512.jpg" />

這個圖展示了Redis 各種資料類型，以及它們的編碼方式。

Note: REDIS_ENCODING_ZIPMAP 沒有出現在圖中，因為從Redis 2.6 開始，它不再是任何數

據類型的底層結構。

命令的類型檢查和多態

有了redisObject 結構的存在，在執行處理資料類型的命令時，進行類型檢查和對編碼進行多

態操作就簡單得多了。

當執行一個處理資料類型的命令時，Redis 執行以下步驟：

1. 根據給定key ，在資料庫字典中尋找和它像對應的redisObject ，如果沒找到，就返回

NULL 。

2. 檢查redisObject 的type 屬性和執行命令所需的類型是否相符，如果不相符，返回類

型錯誤。

3. 根據redisObject 的encoding 屬性所指定的編碼，選擇合適的操作函數來處理底層的

資料結構。

4. 返回資料結構的操作結果作為命令的傳回值。

作為例子，以下展示了對鍵key 執行LPOP 命令的完整過程：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/140211/22540G3W-1.jpg" title="QQ20140210214451.png" alt="wKiom1L42Imy4-ZLAAGu7U_h9E8702.jpg" />

對象共用

有一些對象在Redis 中非常常見，比如命令的傳回值OK 、ERROR 、WRONGTYPE 等字元，另外，

一些小範圍的整數，比如個位、十位、百位的整數都非常常見。

為了利用這種常見情況，Redis 在內部使用了一個Flyweight 模式：通過預分配一些常見的值

對象，並在多個資料結構之間共用這些對象，程式避免了重複分配的麻煩，也節約了一些CPU

時間。

Redis 預分配的值對象有如下這些：

各種命令的傳回值，比如執行成功時返回的OK ，執行錯誤時返回的ERROR ，類型錯誤時

返回的WRONGTYPE ，命令入隊事務時返回的QUEUED ，等等。

包括0 在內， 小於redis.h/REDIS_SHARED_INTEGERS 的所有整數

REDIS_SHARED_INTEGERS 的預設值為10000）

因為命令的回複值直接返回給用戶端，所以它們的值無須進行共用；另一方面，如果某個命令

的輸入值是一個小於REDIS_SHARED_INTEGERS 的整數對象，那麼當這個對象要被儲存進資料

庫時，Redis 就會釋放原來的值，並將值的指標指向共用對象。

作為例子，展示了三個列表，它們都帶有指向共用對象數組中某個值對象的指標：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/140211/22540I0I-2.jpg" title="QQ20140210214451.png" alt="wKioL1L42JjRFnk3AAB-yp0St_A115.jpg" />

三個列表的值分別為：

列表A ：[20130101, 300, 10086] ，

列表B ：[81, 12345678910, 999] ，

列表C ：[100, 0, -25, 123] 。

Note: 共用對象只能被帶指標的資料結構使用。

需要提醒的一點是，共用對象只能被字典和雙端鏈表這類能帶有指標的資料結構使用。

像整數集合和壓縮列表這些只能儲存字串、整數等字面值的記憶體資料結構，就不能使用共用

對象。

引用計數以及對象的銷毀

當將redisObject 用作資料庫的鍵或者值，而不是用來儲存參數時，對象的生命期是非常長

的，因為C 語言本身沒有自動釋放記憶體的相關機制，如果只依靠程式員的記憶來對對象進行追

蹤和銷毀，基本是不太可能的。

另一方面，正如前面提到的，一個共用對象可能被多個資料結構所引用，這時像是“這個對象被

引用了多少次？ ”之類的問題就會出現。

為瞭解決以上兩個問題，Redis 的對象系統使用了引用計數技術來負責維持和銷毀對象，它的

運作機制如下：

每個redisObject 結構都帶有一個refcount 屬性，指示這個對象被引用了多少次。

當新建立一個對象時，它的refcount 屬性被設定為1 。

當對一個對象進行共用時，Redis 將這個對象的refcount 增一。

當使用完一個對象之後，或者取消對共用對象的引用之後，程式將對象的refcount 減

一。

當對象的refcount 降至0 時，這個redisObject 結構，以及它所引用的資料結構的內

存，都會被釋放。

小結

Redis 使用自己實現的對象機制來實作類別型判斷、命令多態和基於引用計數的記憶體回收。

一種Redis 類型的鍵可以有多種底層實現。

Redis 會預分配一些常用的資料對象，並通過共用這些對象來減少記憶體佔用，和避免頻繁

地為小對象分配記憶體。

本文出自 “phper-每天一點點~” 部落格，請務必保留此出處http://janephp.blog.51cto.com/4439680/1357861