Redis系列(十)redis对象系统
- 前言
- 介绍
- 类型
- 编码和底层数据结构
- 五种常见的对象类型
- 类型检查与命令多态
- 内存回收
- 对象共享
- 对象淘汰：空转时长
- 总结
- 参考文章
- 联系我
前言
其实关于本文，我犹豫再三。
- 对象系统值得写一篇文章吗？从技术上来讲，当然是值。但是对于我们大部分人来说，它都是隐身的。
- 写的话，顺序放在哪里？在 Redis 系列（九）底层数据结构之五种基础数据类型的实现中其实就提到了，那么应该在此之前先介绍它吗？
结论：想那么多屁事，写就完事了。
介绍
正如上一篇文章提到的，Redis 不是生硬的使用前面介绍过的数据结构，来实现了字符串，列表，字典等等数据结构，而是精心打造了一个对象系统。
对于 Redis 来说，所有的所谓的数据类型，本质上都是一个对象，而且同一个类型的对象，底层实现编码不一样。
Redis 对象的定义为：
// 类型
typedef type:4;
// 编码
unsigned encoding:4;
// 指向底层数据结构的指针
void *ptr;
...类型
对象的 type 属性，记录了对象的类型，这个类型就是我们所熟知的 Reids 的数据类型了，比如字符串，列表，集合，有序集合，散列等。
对于 Redis 数据库中的键值对来讲，键值永远是一个字符串对象，值可以是很多种。
编码和底层数据结构
对象的 ptr 指针，指向对象的底层数据结构，而这个数据结构是什么，则由 encoding 来决定。它可以是以下任意一种：
- REDIS_ENCODING_INT long 类型的整数
- REDIS_ENCODING_ENBSTR embstr 编码的简单动态字符串（不知道的可以去看上一篇文章）
- REDIS_ENCODING_RAW 简单动态字符串
- REDIS_ENCODING_HT 字典
- REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 双端链表
- REDIS_ENCODING_ZIPLIST 压缩列表
- REDIS_ENCODING_INTSET 整数集合
- REDIS_ENCODING_SKIPLIST 跳跃表和字典
每种类型的对象都至少可以使用两种不同的编码。如下表：
五种常见的对象类型
对于我们而言，工作中最常用以及面试中最常被问到的五种数据类型，他们的底层分别使用了什么编码及数据结构，多种编码之间的切换条件是怎样的？
这些问题你都可以在上一篇文章中找到答案。敬请查看 Redis 系列（九）底层数据结构之五种基础数据类型的实现
类型检查与命令多态
如果读者熟悉 Redis 的命令的话（不熟没关系，看下一篇文章）, 就会发现，Redis 的命令设计维度不是单一的。
比如有一类命令只能对指定的 数据类型执行。比如 ZADD 及各种 ADD.
而有一些命令是可以对所有类型操作的，比如 TYPE DEL 等等。
为了确保命令可以被正确的执行，Redis 需要进行命令的检查，因为相信用户不会乱用是十分愚蠢的。
在所有命令被执行之前，Redis 会首先检查输入的键的类型是否与命令匹配，这个检查就是应用 redisObject 中的 type字段进行的。
如果匹配，则继续执行命令，如果不匹配则返回特定的错误信息。
除了进行类型检查之外，Redis 还应用对象的类型进行命令的多态。
设想一下，列表对象可以 使用LLEN命令来求出当前元素的个数，而在以前，列表对象的实现可能是压缩列表，也可以是双端链表，那么对于他们而言，求出长度的方法当然是不一样的。
Redis 会首先进行类型检查，之后根据当前对象的编码来决定当前命令应该调用哪个数据结构的 API. 以此来实现命令的多态。
内存回收
学习 Java 的同志们看到这里是不是倍感亲切，仿佛看到了家人。
众所周知，c 语言是没有自动化的内存管理的，但是 Redis 这么大的系统又不可能完全手动的控制内存使用，因此需要一套自动化的内存回收机制。
Redis 在自己的对象系统中，基于引用计数实现了内存回收。
在 redisObject 对象中，还有一个额外的书序 refcount.
- 创建对象时，引用计数为 1.
- 当对象被一个新程序使用时，引用计数+1.
- 当对象被一个程序抛弃的时候，引用计数-1;
- 当对象的引用计数为 0, 对象会被回收，它所占用的内存被释放掉。
对于这一块的具体实现我也没看，但是引用计数的原理想必各位都很清楚了，如果不清楚的话随便 google 一下JVM 内存回收基本上都会顺手讲到引用计数的。
对象共享
除了用于使用基于引用计数的内存回收之外，对象的引用计数属性，还被用来做一些对象共享的工作。
设想一下，首先你创建了一个 kye=a, value=100的对象，过一会你又创建了一个key=b, value=100的对象，如此循环往复。内存会无线增大，但是其实保存的是同一个信息。
这些对象理论上来讲是完全可以进行共享的，即，首先我创建一个value=100的对象放在这里，每当你新创建一个上面那样的对象时，我就把指针指过来就好了。
Redis 有选择性的这样子做了，当它共享之前，会先给对应的对象的引用计数+1, 之后把指针指过来。
为什么说是有选择性的呢？因为 Redis 只会缓存0-9999的数字字符串，如果你创建的键值对的值是这个，Redis 就会直接使用共享对象了。
为什么不多缓存一点呢？最好是把系统中所有相同的值全缓存起来，这样子最省内存了。Redis 不是最缺内存了吗？
是的，这样子当然是省内存，但是** Redis 是一个高性能的内存数据库**.
性能这一块，Redis 卡的死死的。
想要判断两个对象的值是否相同，如果都是整数，只需要 O(1). 如果都是字符串，那么需要 O(N). 如果都是复杂对象（比如 hash), 那么可能需要 O(N2). Redis 为了更好的性能，放弃了缓存更加复杂的对象。
对象淘汰：空转时长
RedisObject 还有一个属性，unsigned lru:32;.
从名字我们就可以看出来它是做什么的了，它记录了当前对象最后一次被访问的时间。
这个时间会在 Redis 的内存使用满了之后，Redis 会进行对象的淘汰，其中有一种算法是LRU. 会用到对象上一次被访问的时间。
同时，我们也可以手动的查看某一个对象的空转时长。空转时长=当前时间-最后一次访问时间.
总结
这篇文章大概了讲了一下 Redis 中的对象系统设计，及对象系统可以用来做什么。
- 可以为数据类型的多种实现方式提供土壤
- 类型检查与命令多态
- 基于引用计数的内存回收
- 对象共享，节省内存
- 记录对象的空转时长，用于 LRU 等。
参考文章
《Redis 的设计与实现（第二版）》
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