【Redis】内部数据结构自顶向下梳理

本博客将顺着自顶向下的思路梳理一下Redis的数据结构体系，从数据库到对象体系，再到底层数据结构。我将基于我的一个项目的代码来进行介绍：daredis。该项目中，使用Java实现了Redis中所有的数据结构，思想与Redis大致类似，各种变量的命名与Redis源码基本一致，只是将结构体换成了类来实现。

Redis数据库

Redis服务器在初始化时，会创建一个db数组，大小默认是16，即创建16个数据库。如下所示：

public class RedisServer {

    private static int dbNum = 16;
    public static RedisDB[] db;

    public static void init(){
        db = new RedisDB[dbNum];
    }

    public static void initDB(int index){
        db[index] = new RedisDB();
    }
}

实际上，每个客户端都会拥有一个目标数据库，默认情况下为db[0]。客户端执行命令时，目标数据库会成为其操作对象。

RedisDB类型包含一个字典，代码如下：

public class RedisDB {

    //数据库的键空间
    Dict<SDS, RedisObject> dict;

    public RedisDB() {
        this.dict = new Dict<>();
    }
}

数据库RedisDB实际上包含一个Dict类型，即字典（Redis中尤为关键的底层数据结构），是一个键值对集合，键名是SDS字符串，键值是RedisObject。Dict是后面要讲的一种底层数据结构，在数据库体系中也是用到了Dict。

可以这样理解，Redis的所有对象体系都是挂在一个Dict字典下的。这也体现了Redis非关系型的特点。

Redis对象系统

继续向下探索，看一看数据库键值RedisObject是什么。RedisObject表示Redis中的对象。Redis包含五种对象，统称对象系统

• RedisHash哈希对象
• RedisList列表对象
• RedisSet集合对象
• RedisString字符串对象
• RedisZSet有序集合对象

RedisObject包含一个类型字段type和一个编码字段encoding，以及一个底层数据结构的引用ptr。如下所示：

public abstract class RedisObject {
    protected int type;
    protected int encoding;
    protected RedisObj ptr;
}

type的值由一个枚举类型来维护，表示上述五种类型中的某种类型，如下所示

public enum RedisType {
    STRING(0),
    LIST(1),
    HASH(2),
    SET(3),
    ZSET(4);
    private final int val;
    RedisType(int VAL) {
        this.val = VAL;
    }
    public int VAL(){
        return val;
    }
}

encoding同样由一个枚举类型来维护，表示ptr指向的数据结构的类型，如下所示

public enum RedisEnc {
    RAW(0),
    INT(1),
    HT(2),
    LINKEDLIST(3),
    ZIPLIST(4),
    INTSET(5),
    SKIPLIST(6),
    EMBSTR(7);
    private final int val;
    RedisEnc(int VAL) {
        this.val = VAL;
    }
    public int VAL(){
        return val;
    }
}

RedisObject中的ptr引用的对象可以是多种类型。例如列表对象可由压缩列表ziplist或者双端链表linkedlist来编码。两种编码可以转换，当满足以下两个条件时，使用ziplist编码

• 列表对象保存的所有字符串元素长度都小于64字节；
• 列表对象保存的元素数量小于512个；

两个条件有一项不满足，会将压缩列表转化为双端链表。
其它Redis对象的数据结构编码切换方式也与之类似。

Redis底层数据结构

底层数据结构指的是ptr指向的对象的内部结构，在Redis中，包含6种底层数据结构：

• SDS动态字符串
• ziplist压缩列表
• list链表
• dict字典
• skiplist跳跃表
• intset整数集合

熟悉Redis的同学来说，这些都是耳熟能详的数据结构，就不一一去介绍源码了，项目daredis中都有具体实现。
之前写过一篇介绍跳跃表的博客，也可以看看：
【Redis】跳跃表原理分析与基本代码实现(java)

对象系统与各种底层数据结构映射关系如下：