redis系列之------对象

转载 wenbochang 2019/11/2 21:07:07

前言并没有直接使用数据结构来实现键值对数据库,而是基于这些数据结构创建了一个对象系统,这个系统包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象这五种类型的对象,每种对象都用到了至少一种我们前面所介绍的数据结构。通过这五种不同类型的对象,可以在执行命令之前

前言

Redis 并没有直接使用数据结构来实现键值对数据库, 而是基于这些数据结构创建了一个对象系统, 这个系统包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象这五种类型的对象, 每种对象都用到了至少一种我们前面所介绍的数据结构。

通过这五种不同类型的对象, Redis 可以在执行命令之前, 根据对象的类型来判断一个对象是否可以执行给定的命令。 使用对象的另一个好处是, 我们可以针对不同的使用场景, 为对象设置多种不同的数据结构实现, 从而优化对象在不同场景下的使用效率。

除此之外, Redis 的对象系统还实现了基于引用计数技术的内存回收机制: 当程序不再使用某个对象的时候, 这个对象所占用的内存就会被自动释放; 另外, Redis 还通过引用计数技术实现了对象共享机制, 这一机制可以在适当的条件下, 通过让多个数据库键共享同一个对象来节约内存。

?

对象的类型与编码

Redis 使用对象来表示数据库中的键和值, 每次当我们在 Redis 的数据库中新创建一个键值对时, 我们至少会创建两个对象, 一个对象用作键值对的键(键对象), 另一个对象用作键值对的值(值对象)。

Redis 中的每个对象都由一个?redisObject?结构表示, 该结构中和保存数据有关的三个属性分别是?type?属性、?encoding?属性和?ptr?属性:

 1 typedef struct redisObject {

    // 类型
    unsigned type:4;

    // 编码
    unsigned encoding:4;

    // 指向底层实现数据结构的指针
    void *ptr;

    // ...

} robj;

?

我们可以看到一个对象中主要包含了三种字段。

type: 表示对象的类型。比如String,List,Hash等等

encoding:表示对象底层用的是什么数据结构。如INT(整数),EMBSTR(简洁版sds),RAW(sds),HT(map)等等

ptr:ptr是一个指针,指向对象所用的数据结构。

如下图所示:?

set? k v

k是String类型,embstr数据结构,也就是简洁版的sds,后续讲。

? ? ?? ?

embstr与sds区别

之前我们讲数据结构,都没有见到过embStr,是的,我也是看到这一节才知道有这个东西的。

Redis为了优化,搞了一个embStr,他是为了专门存短字符串的一种编码优化方式。

  • embstr?编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从?raw?编码的两次降低为一次。raw?编码会调用两次内存分配函数来分别创建?redisObject?结构和?sdshdr?结构, 而?embstr?编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间, 空间中依次包含?redisObject?和?sdshdr?两个结构。因为一个连续,一个不连续。
  • 释放?embstr?编码的字符串对象只需要调用一次内存释放函数, 而释放?raw?编码的字符串对象需要调用两次内存释放函数。理由同上
  • 因为?embstr?编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面, 所以这种编码的字符串对象比起?raw?编码的字符串对象能够更好地利用缓存带来的优势。

总的来说,因为embstr分配的是一段连续的内存,使得它分配释放内存都是一次,所以效率会有所提高。同时embste? ?<==>? sds? 为44个字节。

从下图中,我们可以明确看到。 len <= 44 都是embster的数据结构,如果len > 44 则转变为raw。至于为啥44。

大家可以去算一下。参考文章:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/67876900? ??

https://xiaoyue26.github.io/2019/01/19/2019-01/redis%E7%9A%84embstr%E4%B8%BA%E4%BB%80%E4%B9%88%E6%98%AF39B/

?

内存

Redis为了节省内存,真的是操碎了心。

c语言不像Java,Go等语言,本身不具备自动回收内存机制。Java的内存回收导致STW一直被人诟病,最近看了ZGC的数据,Java真的是崛起了。

因此Redis 在自己的对象系统中构建了一个引用计数(reference counting)技术实现的内存回收机制, 通过这一机制, 程序可以通过跟踪对象的引用计数信息, 在适当的时候自动释放对象并进行内存回收。

?但熟悉JVM的都知道,引用计数他有一种缺陷就是,解决不了循环引用的问题。

如? A? ?<==>? B? 但已经没有其他任何节点引用AB了,但AB由于相互引用,计数为1,永远不会被回收。所以Java用了GC ROOT。

但Redis不知道为啥不存在这个问题,找了资料,也没找出什么原因。大多都说Redis没有复杂的结构,所以?有大佬能解答下不?

引用计数我们可以通过??OBJECT refcount token 命令,查询到token被引用了几次,如果为0,那么则可以回收了。

还有最重要的一点是,Redis对整数 0-9999(共1W个整数)做了缓存。类似于Java对-128-127做缓存一样。

但是没有对值的字符串,如aaaaa的这种缓存,毕竟判断一个字符串是否在库里面,需要扫整个库,非常耗时,并且cpu压力非常的大。

处于优化,折中的考虑,也就缓存了0-9999吧。其实看看淘宝商品的价格,缓存0-100足矣,毕竟0-100占据了99%的商品。

具体可看:http://redisbook.com/preview/object/share_object.html

?

后言

  • Redis 数据库中的每个键值对的键和值都是一个对象。
  • Redis 共有字符串、列表、哈希、集合、有序集合五种类型的对象, 每种类型的对象至少都有两种或以上的编码方式, 不同的编码可以在不同的使用场景上优化对象的使用效率。
  • 服务器在执行某些命令之前, 会先检查给定键的类型能否执行指定的命令, 而检查一个键的类型就是检查键的值对象的类型。
  • Redis 的对象系统带有引用计数实现的内存回收机制, 当一个对象不再被使用时, 该对象所占用的内存就会被自动释放。
  • Redis 会共享值为 0 到 9999 的整数对象。
  • 对象会记录自己的最后一次被访问的时间, 这个时间可以用于计算对象的空转时间。

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参考:?

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