Redis的存储结构

RedisDB：代表一个数据库对象；存储了当前库下所有数据；

typedef struct redisDb{ 

    // 键空间：存储了当前库的所有的键值对
    dict *dict; 
    // 过期字典：存储了设置了过期时间的key及其过期时间
    dict *expires; 
    //... 
} redisDb;

Hash Table：DB内的键空间；

typedef struct dict{
    // 指向对哈希表操作的函数
    dictType *type;

    // 私有数据
    void *privdata;

    // ht[1]指向真正的哈希表结构,ht[2]用于备用扩容，指向正在扩容的哈希表
    dictEntry **ht_table[2];

    // rehash标志位，标识是否在rehash：如果不在rehash，此值为-1；
    // 当rehash开始，用trehashidx来记录索引
    int trehashidx;
}
// 实际存储Redis的键值对
struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    // 同一个桶下的下一个key
    struct dictEntry *next; 
    void *metadata[]; 
};

RedisObject：是Redis所有数据类型的抽象基类，每一个Redis键值对都是一个RedisObject；

typedef struct redisObject{ 
    //类型 STRING、LIST、SET、HASH、ZSET
    unsigned type:4; 
    //编码 RAW、INT、EMBSTR
    unsigned encoding:4; 
    //指向底层数据结构的指针 
    void *ptr; 
    //引用计数 RedisObject 被多个键所共享时，引用计数会增加
    int refcount; 
    //记录最后一次被程序访问的时间戳，用于实现 LRU 缓存淘汰策略 
    unsigned lru:22; 
}robj

Redis Datastructure and Command

1. string

String data structure in Redis is a simple key-value pair. It can be used to store integer, text string and Json string.

底层为c语言可变长的动态字符数组(char数组)，容量最大512MB；

• 时间复杂度O(1)：直接根据len，通过索引获取字符串；
• 杜绝缓冲区溢出，动态扩容预分配内存；
• 二进制安全，按长度读取，而非c语言的字符串按照结束标识("\0")判断；(可能被存储的特殊字符误判)

struct __attribute__ ((__packed__)) hisdshdr8 {
  uint8_t len; /* buf已使用长度 */
  uint8_t alloc; /* buf总大小 */
  unsigned char flags; /* 标识当前的sds类型：5、8、16、32、64 */
  char buf[];    /* 存储字符数组 */
};

Commnad:

• SET
  /
  GET
  : used to set / retrieve a key-value pair. If the value does not exsit,
  nil
  is returnd.
• MSET
  /
  MGET
  : set / get multiple key-value pair in one operation in the order they are requested. If the value does not exsit,
  nil
  is returnd for that key's position.
• INCR
  /
  DECR
  : increment / decrement the value of a key that stores an integer.

2. Hash

A hash data structure in Redis is a collection of key-value pairs. It is like a dictionary or a map in programming languages. It is useful for storing objects with multiple fields.

• 相比于string类型不需要存储于json中的符号，存储相同的内容，占用空间更少；
• 可以单独操作每个字段，比较灵活；
• 哈希冲突使用链地址法解决；
• 扩容采用渐进式rehash；
  • 传统扩容：一次性拷贝数据到重新分配的内存，这样会在数据量比较大时，消耗大量CPU资源、造成响应延迟、阻塞等情况；
  • 渐进式Rehash：逐步被动的迁移数据，在迁移完成后释放原有内存；
• 适用场景：对象、实体缓存；

Command:

• HSET
  /
  HGET
  :
  HSET
   is used to set a field-value pair inside a hash.
  HGET
  retrieves the value of a specific field in a hash.
• HMSET
  /
  HMGET
  : allows you to set multiple field-value pair and retrieves values of multiple fields.
• HDEL
  : used to delete one or more fields from a hash.

3. List

A list data structure in Redis is an ordered collection of strings. It can be used to store a sequence of values. The elements in a list are ordered, and you can access them by index.

• list是一个双向链表，支持正反向查找、索引查找、左右pop等；
• 支持阻塞pop，当列表为空，pop阻塞；可以充当阻塞队列使用(Redis5.0之后使用stream作为消息队列)；
• 支持索引查找、范围查询、支持重复的元素；
• 适用场景：消息队列、存储列表；

Command:

• LPUSH
  /
  RPUSH
  : allow you push one or more elements to the left / right of a list.
• LPOP
  /
  RPOP
  : allow you pop one or more elements from the left / right of a list.
• LRANGE
  : retrieves a range of elements from a list.

4. Set

A set in Redis is an unordered collection of unique strings. It is used to store a group of distinct values. It can store

• 无序、唯一、自动去重；
• 适用于：标签、关键字等唯一性场景；
• 使用场景：点赞、关注列表、粉丝列表、抽奖；

Command:

• SADD
  /
  SMEMBERS
  :
  SADD
  adds one or more members to a set. and
  SMEMBERS
  can retrieve all the elements of a set.
• SREM
  : removes member from a set.
  SREM myset "member1"
• SISMEMBER
  : checks if a given value is a member of a set.

5. Zset(Sorted Set)

A sorted set in Redis is a collection of unique members, each associated with a score. The members are stored based on their scores in ascending or descending order. It is useful for ranking systems.

• 排序集合，自动去重，在set的基础上增加
  score
  权重进行排序；
• 应用：排行榜、点赞、延迟队列；

Command:

• ZADD
  : adds one or more members with their scores to a sorted set.
  ZADD myzset 1 "member"
  adds "member" with a score of 1 to
  myzset
  .
• ZRANGE
  : retrieves a range of members from a zset by scores.
  ZRANGE 0-30
  returns all the elements of the zset.
• ZREM
  : removes one or more members from a zset.
• ZRANK
  / : get the rank of a member.
  ZRANK myzset "member1"
   returns the position of 
  "member1"
   in the 
  myzset
   sorted set.
• ZREVRANK
  : get the descending order of score.

Common Commnad

• EXISTS key [key1, key2]
  : checks if one or more keys exist.
• DEL key [key1, key2]
  : deletes one or more keys.

Redis的key寻址

1. 集群状态下，先使用hash slot算法找到key存放的节点；
   • hash槽的总大小是固定的16384；
   • 根据key的落点，可以找到key所在的集群节点；
2. 客户端向此节点发起查询请求；
3. 对key进行hash取模，找到对应的值；