Redis

Redis数据存储结构

内部底层是一个大的hashmap，内部实现是hash，冲突通过挂链的办法实现。

一、数据类型

RedisObject 给redis key value不是直接存储，而是包装了一层。

数据结构

typedef struct redisObject
{
unsigned type:4;（OBJ_ENCODING_RAW...OBJ_ENCODING_HT）
unsigned encoding:4; （OBJ_ENCODING_RAW:。。。）
unsigned lru:REDIS_LRU_BITS;  //最后一次更新的时间
/* lru time (relative to server.lruclock) */
int refcount; 引用计数
void *ptr; 数据指针//指向真正的数据
} robj;
 

　　1、String类型，底层数据结构（字符串长度<21转为整数，整数储存int。）

　　存储长度<=39，转为embstr简单动态字符串SDS和Redis Object一起分配），

（ int格式，当数据值为数字且长度小于20时，就会采用int格式进行存储，此时不需要用到sds结构体，直接将redisObject中ptr字段的值改为该数字(注:当数值为0-10000时,key会指向预先创建好的redisObject，而不需要新建redisObject)）

　　embstr创建只分配一次内存，

　　而raw为两次，分别给RedisObject和SDS分配空间。

　　SDS（简单动态字符串）。

　　

 

 

　　优点：

　　1、不用遍历就能获取长度， （封装到了结构体的，可以直接访问len属性）

　　2、拥有自动扩容机制（SDS中剩余空间大于新增内容的长度是否需要扩容）,预分配机制，如果分配后的大小小于1MB，就会分配A+A+1=2A+1的空间，A是本次要用的空间

如果大于1MB程序分配1MB，程序会用A+1MB+1byte的长度。

　　3、不同于C语言字符串，二进制安全。（不会收到'\0'字符影响，C语言字符串是\0阶段）

二进制安全：C语言字符必须使用某一种字符编码，并且除了字符串的末尾之外，字符串不能包含空字符，否则最先被程序读入的空字符会被认为是空字符串，使得C字符串只能保存文本数据，不能保存图片、音频、视频等数据。

SDS API都会以处理二进制的方式，来处理SDSS存放在buif数组里的数据，程序不会对其中数据做任何限制，假设，过滤，数据写入是怎样，就是怎样。也就是说SDS buf属性保存以二进制方式来保存，不会按照C语言字符字符串的方式来保存。就不会对'\0'这种字符影响。所以redis不是用buf数组保存字符，而是保存一系列二进制数据。——所以buf属性被称为字节数组。

字符串必须有'\0'结束
但字符数组可以没有。所以用的char数组保存二进制数据。  

字符串是特殊的字符数组，字符串是必须以'\0'结尾，编译器也会自动加上。而char数组，不会以null作为结尾，看到null也不会停止遍历。

 

　　4、SDS拥有惰性空间释放机制，减少了内存重新分配的次数。（预分配减少空间分配）。

惰性机制：程序不立即使用内存重分配回收缩短后的字节。使用free属性将这些字节数量记录起来，并等待将来的使用。

 

 

　　ReadObject 

 

　　1.1 基本的key-value类型，Redis利用C语言写的，但是Redis并没有用C的字符串表示，而是自己构建了一种简单的动态字符串。

相比C的原生字符串，Redis的SDS不光可以保存文本数据还可以保存二进制数据，并且获取字符串长度的复杂度为O(1)

　　1.2 常用命令：set、get、strlen、incr、decr、setex等

　　1.3 应用场景：一般常用在需要计数的场景，比如用户访问次数、热点文章的转发等

 

　

 

　　2、LIST类型 底层数据结构是  双向链表/quicklist（双链表+压缩列表（优点、插入删除更方便，两端访问是O（1），微观上是一片一片的entry节点，可以二分查找））、压缩列表

　　当列表对象同时满足一下条件，列表对象使用ziplist进行存储，否则用linkedlist。

　　1、列表对象保存的所有字符串元素小于64字节。

　　2、列表对象保存的元素数量小于512个

 

　　2.1 list即是一种链表。链表是一种非常常见的数据结构，特点是易于数据元素的插入和删除可以灵活调整链表的长度。许多高级语言java也有linkedlist，redis的list实现是一个双向链表。

　　牺牲时间换空间。

　　ZipList类似于双向链表，是由一系列的特殊编码连续内存快组成，不存储上一个节点或者下一个节点的指针，而是存储上一个节点长度和当前节点的长度，牺牲时间换空间。

zlbytes：记录了压缩列表占用的内存字节数，在对压缩列表进行内存重分配，或者计算zlend的位置时使用。它本身占了4个字节。

zltail：记录了尾节点（entry）至起始节点（entry）的偏移量。通过这个偏移量，可以快速确定最后一个entry节点的地址。

zllen：记录了entry节点的数量。当zllen的值小于65535时，这个值就表示节点的数量。当zllen的值大于65535时，节点的真实数量需要遍历整个压缩列表才能得出。

entry：压缩列表中所包含的每个节点。每个节点的长度根据该节点的内容来决定。

zlend：特殊值0XFF，标记了压缩列表的末端。表示该压缩列表到此为止。
 特点：

1、压缩列表本身是一个连续的内存块，由表头、若干个entry节点和压缩列表尾部标识符组成，提高内存的利用率，适用于存储整数和短字符串。

2、压缩列表ZipList结构的缺点是：每次插入或删除需要频繁移动，搬数组节点。

 

　　2.2 常用命令rpush,lpop,lpush,rpop,lrange,llen等

　　应用场景：发布与定于或者消息队列、慢查询。

 

 

 

　　3、Hash Ziplist+hash

　　3.1 类似于jdk8中的hashmap，内部实现也差不多（数组+链表），不过redis的hash做了更多的优化。hash是一个string类型的field和value的映射表，特别适用于存储对象，后续操作的时候，可以仅仅修改对象的某个字段。比如hash数据结构来存储用户信息，商品信息等。

　　3.2 常用命令：hset、hmset、hexists、hget、hgetall、hvals等

　　3.3 应用场景：系统中对象数据的存储。

　　（hmset userInfoKey name "guide" description "dev" age "24"）

　　4、Set hash+整数数组

　　4.1 类似于java中的hashset，redis中的set类型是一种无需集合，集合中元素没有先后。set可以轻易实现交集、并集、差集等。比如共同粉丝共同关注等。

　　4.2 sadd、spop，smembers，sismember，scard，sinterstore，sunion等

　　4.3 需要存放的数据不能重复以及需要获得数据的交集和并集等

　　5、zset ziplist+跳表

　　5.1 和set相比，sorted增加了一个权重参数score，使得集合中的元素能够按score进行有序排列，还可以通过score的范围获取元素。有点像java hashmap和treeset的结合体

　　5.2 常用命令：zadd、zcard，zscore、zrange，zrevrange，zrem等

　　5.3 需要对数据某个权重进行排序的场景。比如直播系统中，实时排行信息，包含直播间礼物排行，在线用户列表，各种礼物排行等。

　　6、bitmap

　　6.1 bitmap存储的是连续的二进制数字（0和1），通过bitmap，只需要一个bit位来表示某个元素对应的值，key就是对应元素本身。bitmap很节省空间

　　6.2 常用命令：setbit、getbit、bitcount、bitop

　　6.3 应用场景：适合需要保存状态信息（签到、登录）并需要进一步对这些信息进行分析的场景，用户签到情况，活跃用户情况，用户行为统计，比如用户是否点赞过某个视频

 

 

 

SpringCache 与 Redis 区别

1、Spring cache是代码级的缓存，一般是使用一个ConcurrentMap，也就是实际上还是使用JVM的内存来缓存对象，势必造成大量的内存消耗。

2、Redis是一个缓存数据库，内存级的，支持分布式存储。

3、集群环境下，每天服务器的Spring Cache是不同步的，这样会出问题，SpringCache只适合单机环境

4、Redis是设置单独的缓存服务器，所有集群服务器可以统一访问Redis，不会出现缓存不同步的情况。