Redis底层数据结构的示例分析

这篇文章主要介绍Redis底层数据结构的示例分析，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

• 全局命令
  Redis有5种数据结构，虽然它们底层不同，但还是有一些通用的命令是相同的。

1. 查看所有键（返回所有的键，并它具体的键输出出来）

keys *

1. 查看键总数（返回当前数据库中的键的个数）

dbsize

备注：dbsize命令在计算键总数时不会遍历所有的键，而是直接获Redis内置的键总数变量，所以dbsize命令的时间复杂度是O(1)。而keys命令则会遍历所有键，所以它的时间复杂度是O(n),所以如果Redis中保存了大量的键时，keys命令要慎用。

1. 检查键是否存在

exists key

我们看exists命令是有返回值的当键存在时则返回值为1，当然键不存时返回值则为0。

1. 删除键

del key

我们知道在Redis中有5种数据结构，但del命令可以直接删除任意类型的数据结构，而不用担心它底层的实现。

我们看del命令和exists命令一样，都是有返回值的。只不过不同的是del命令返回的时成功删除键的个数。如果返回的是0，说明该键没有被成功删除，也就说明该键不存在。如果返回的是大于0的数，是表示多个键被删除了。下面我们看一下删除多个键的操作。

1. 键过期

expire key seconds

Redis支持对键添加过期时间，当超过这个过期时间时，Redis会自动将键删除。

当我们通过expire命令设置键的过期时间后，我们可以使用

ttl key

命令查看该键的剩余过期时间，所以ttl命令是有返回值的，也就是该键的剩余时间，单位是秒。除此之外，ttl命令有3种类型的返回值。下面我们看一下这3种返回值的区别。

>=0：表示剩余的过期时间
-1：键没设置过期时间
-2：键不存在

1. 键的数据结构类型

type key

如果键是字符串则type命令返回的就是字符串，如果是其它的数据类型则会返回其它的数据类型（因为我们还没有学习其它的类型，这里暂时只考虑字符串），如果键不存在时，在返回none。

• 数据结构和内部编码

上面我们知道type命令会返回Redis中键的数据类型，也就是string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset(有序集合)等。但这些只是对外的数据结构，实际上在Redis的内部不同的数据结构有不同的底层的内部编码。不同内部编码在Redis中有些不同的性能，并且在Redis中会自动判断应该用哪种编码来存储数据，已保证Redis的性能。我们可以通过下面的命令来查看键的内部编码。

object encoding key

我们可以看出，上面保存的jilinwula这个键的内部编码就是embstr。下面我们看一下在Redis中所有的数据结构所对应的内部编码。

下面我们分析一下，为什么Redis要这样设计数据结构及底层编码呢。首先第一个好处就是可以改进内部编码。当这样做时，而不需要改变内部的数据结构，也就无需修改外部结构及命令了。第二个好处就是，我们知道不同的内部编码有着不同的性能，当这样设计时，如果我们要改变底层的内部编码时，我们只需要根据Redis配置选项就可以，将我们曾经存储过的key的底层编码更改，这样就可以针对不同的业务场景，个性化配置，进而提升性能。

• 单线程架构

我们知道Redis使用了单线程架构和I/O多路复用模型来实现高性能的内存服务。

1. 单线程模型

每当客户端调用命令时都会经历3个步骤：发送命令、执行命令、返回结果3个过程。我们之前介绍过Redis是单线程的，所以每一条命令从客户端发送到服务端，命令不会立即执行，而是将所有的命令都会进入一个队列中，然后在顺序执行。这样，当我们客户端启动多个时执行命令时，不用考虑并发的问题，因为它们都会进入队列，顺序执行。

1. 为什么单线程处理速度这么快 第一，我们知道Redis是将数据都存储到内存中的，内存的处理速度，要比纯硬盘IO的速度要快的多。
   第二，非阻塞I/O，Redis使用epoll作为I/O多路复用技术实现的，在加上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。

2. 单线程避免线程切换等消耗

第一，我们知道做项目开发时，如果要对多线程做兼容，那么它要比单线程要复杂多了，代码变复杂了，出现BUG的可能性也就多了。

第二，在开发多种线程时，我们知道线程间的切换，是很耗资源的，并且对服务端来说，对线程添加锁，每次执行时都会判断锁，是很费时间的。

虽然Redis的单线程架构是有好处的，但是这也是它的弊端，我们知道，在执行命令时是顺序执行的，如果上一个命令没有执行完，那么剩下的命令是不会执行的，这也就造成了命令的阻塞。这对于Redis这种内存数据库来说，如果发生了阻塞，那么后果，可想而知，所以，我们在执行相关命令时，一定要慎重。

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