Redis数据类型学习之聊聊String原理

本篇文章带大家了解一下Redis数据类型中的String，聊聊String数据类型的存储原理，希望对大家有所帮助！

Redis是工作中使用比较多的中间件，它支持丰富的数据结构，拥有极强的读写性能,tps可以达到10w+。

今天这篇文章来分析和总结String类型也是使用最多的一种数据结构之一。本文是基于redis5.0进行分析。【相关推荐：Redis视频教程】

一、基本使用

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

1、set是语法，key是指定名称, value是需要存储的值

2、EX 指定过期的秒时间，PX指定过期的毫秒时间

3、NX：只有key不存在的时候，才设置成功

4、XX：只有key存在的时候，才设置成功

总结：5.0支持set命令指定过期时间和不存在的时候才设置成功，也就是通过一条命令就可以实现分布式锁加锁的功能，以前的版本设置key和设置过期时间需要分成两个命令，原子性保证难度更大。

二、使用场景

1、热点数据缓存,分布式session

2、Setnx 分布式锁

3、incr 计数器

4、Incr 全局id

5、Incr 限流

6、bit 操作,位图功能，在线用户统计 0/1标记 

三、支持存储的数据类型

整型，字符型，float（单浮点型） 

四、不同的编码类型

五、String存储原理

在Redis中，数据存储在一个RedisObject类中

typedef struct redisObject {    
//这个类型可以是string,也可以是hash,zset等等
unsigned type:4;    
unsigned encoding:4;    
//记录lru，lfu淘汰算法依赖的访问时间和访问频率    
unsigned lru:LRU_BITS; 
/* LRU time (relative to global lru_clock) or                            * LFU data (least significant 8 bits frequency                            * and most significant 16 bits access time). */
//引用计数器    
int refcount;    
//指向真实数据结构对象    
void *ptr;
} robj;

对于String,Redis自定义了一种简单动态字符串的数据结构来存储字符串数。

源码实现：多种数据结构，分别表示可以存储不同长度的字符串。

len:代表已经使用的长度

alloc:分配的总内存大小

flags:代表存储类型

buf[]:实际的数据

六、三种编码存储区别

1、embstr的RedisObject,SDS内存在一块，只要创建时分配一次内存，销毁时释放一次内存,查找方便

2、raw则RedisObject,SDS内存不在一块，需要创建时分配两次内存，销毁时释放两次内存

3、embstr的结构，决定了他需要增加长度时，RedisObject,SDS都需要重新分配内存。因此embstr编码的数据是不能修改的，只读的。 

七、int,embstr编码什么时候转换成raw

1、int类型的数据不再是int类型,转成raw

2、长度大于2^63-1转成embstr

3、embstr字符超过44字节，转成raw 

八、SDS数据结构的优点

1、二进制安全的 可以存储图片 整形，浮点型

2、String 的三种编码,充分利用内存，提高内存利用率

• int 存储8个字节长整形 long ,2^63-1
• Embstr embstr格式的SDS simple Dynamic String 内存空间是连续的,只读的,只要执行修改就会转成raw
•  Raw,SDS，存储大于44个字节的字符串

3、不用担心内存溢出，sds具备自动扩容能力

4、获取字符串长度时间复杂度O(1),存储了len属性

5、通过空间预分配和惰性空间释放防止多次分配内存

6、判断是否结束使用len属性，可以包含'\0',操作字符串。 

九、为什么不用c中的字符数组？

1、需要预先分配内存，可能内存溢出

2、获取长度需要遍历数组，时间复杂度O(n)

3、字符数组长度变化，需要内存重分配

4、c的字符数组中，'\0'代表判断结束。二进制数据存储不安全,不能保存图片，视频等。 

十、关于内存预分配特性

通过源码分析，扩容策略是字符串在长度小于 SDS_MAX_PREALLOC 之前，扩容空间采用加倍策略，也就是保留 100% 的冗余空间。当长度超过 SDS_MAX_PREALLOC 之后，为了避免加倍后的冗余空间过大而导致浪费，每次扩容只会多分配 SDS_MAX_PREALLOC大小的冗余空间。 

十一、关于惰性空间释放

惰性空间释放用于优化 SDS 的字符串缩短操作：当 SDS 的 API 需要缩短 SDS 保存的字符串时， 程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节， 而是使用 free 属性将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。 

//仅仅设置长度，没有真正清除数据
void sdsclear(sds s) {    
//单纯设置长度为0    
sdssetlen(s, 0);    
//第一个字符设置为结束符    
s[0] = '\0';
}

真正的清除空间

sds sdsRemoveFreeSpace(sds s) 
{
struct sdshdr *sh;    
sh = (void*) (s-(sizeof(struct sdshdr)));    
// 进行内存重分配，让 buf 的长度仅仅足够保存字符串内容 
sh = zrealloc(sh, sizeof(struct sdshdr)+sh->len+1);    
// 空余空间为 0    
sh->free = 0;    
return sh->buf;
}

以上便是关于string的知识点记录，string的设计很多地方都非常巧妙，比如不同的结构体存储不同长度的字符串，不同编码类型存储不同长度的字符串，

空间预分配，空间惰性释放等，从存储结构，编码类型，内存分配策略和回收策略，作者都从性能方面做了非常多的考量设计，可想而知这也是redis为什么性能极高的原因，工作中也要学习这种追求极致性能的优良风格和设计风格。

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