Redis 内部编码与单线程架构

一、常用数据结构

Redis 对外说 values 常用的数据结构是：string（字符串）、list（列表）、hash（哈希）、set（集合）、zset（有序集合）等等，但是其实内部实现在不同情况下也与常见的数据结构有一定的不同。

二、内部编码

• String 类型，有 raw，int，embstr 三种实现。

  • raw : 最基本的字符串，底层就是字符数组
  • int ：当 value 就是一个整数的时候，Redis 直接使用 int 来保存
  • embstr：针对短字符串进行的特殊优化

• hash 类型，有 hashtable，ziplist 两种实现。

  • hashtable：最基本的 hash 表
  • ziplist：在 hash 表元素比较少的时候，使用压缩列表，节省空间

• list 类型，有 linkedList 和 ziplist 两种实现。

  • linkedlist：正常普通的链表
  • ziplist：list 元素较少的时候，使用压缩列表。

• 在 Redis3.2 之后，使用 quicklist 代替上面两种。quicklist 就是一个元素是 ziplist 的链表。

• set 类型，有 hashtable，intset 两种实现。

  • hashtable：hash 表
  • intset：集合中存的都是整数时使用

• zset 类型，有 skiplist 和 ziplist 两种实现。

  • skiplist：跳表，每个节点有多个指针域，巧妙使用可以做到查询元素时间复杂度为 O(logN)
  • ziplist：元素较少的时候使用

可以使用 object encoding key 查看 key 对应的 value 的内部编码。

三、单线程架构

Redis 使用了单线程架构来实现高性能的内存数据库服务。

宏观上我们多个客户端可能会同时请求 Redis 服务器，但是实际上由于 Redis 服务器处理请求的是单线程，就算真的命令同时到达，也得排队串行执行。

1. 单线程还能这么快 (与关系型数据库相比) 的原因：因为 Redis 核心业务逻辑都是短平快的，不太吃 CPU 资源。

纯内存访问。Redis 将所有数据放在内存中，内存的响应时长约为 100 纳秒，这是 Redis 达到每秒万级别访问的重要基础。非阻塞 IO。Redis 使用 epoll 作为 I/O 多路复用技术的实现，再加上 Redis 自身的事件处理模型将 epoll 中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络 I/O 上浪费过多的时间。单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。单线程可以简化数据结构和算法的实现，让程序模型更简单；其次多线程避免了在线程竞争同一份共享数据时带来的切换和等待消耗。

Redis 使用 I/O 多路复用模型：