Redis的對象及命令

上一章講解了Redis中的數據結構，這一章對Redis中的對象做簡要介紹。本篇文章是對Redis對象做一個全局性的概覽，每個對象的代碼實現部分以後會一一解析。

Redis對象

Redis中有五大對象，分別是：字符串對象，列表對象，哈希對象，集合對象，有序集合對象。每一個對象都需要存儲鍵值對，而key必須是字符串對象，value可能是五種類型對象之一。所以瞭解對象底層的存儲編碼方式有助於加深對Redis底層的瞭解，同時也是Redis設計思想中的重中之重，屬於瞭解Redis的第一步。
Redis中的每個對象都是redisObject結構體表示的。

// 對象類型
#define REDIS_STRING 0
#define REDIS_LIST 1
#define REDIS_SET 2
#define REDIS_ZSET 3
#define REDIS_HASH 4

// 對象編碼
#define REDIS_ENCODING_RAW 0     
#define REDIS_ENCODING_INT 1     
#define REDIS_ENCODING_HT 2      
#define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3  //後面的版本已經摒棄，這裏不再考慮
#define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 
#define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 
#define REDIS_ENCODING_INTSET 6  
#define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7  
#define REDIS_ENCODING_EMBSTR 8  

//redis對象結構體
typedef struct redisObject {
    // 類型
    unsigned type:4;
    // 編碼
    unsigned encoding:4;
    // 對象最後一次被訪問的時間
    unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
    // 引用計數
    int refcount;
    // 指向實際值的指針
    void *ptr;
} robj;

字符串對象

字符串對象底層實現可能編碼有三種，分別是raw SDS、整數、和embstr編碼的SDS。當字符串對象保存的是一個整數值，則可以直接用整型編碼來表示，即ptr指向一個long；當字符串對象保存的是一個字符串且字符串值的長度大於39字節，則用raw編碼方式保存這個字符串的值，即ptr指向一個SDS類型；當字符串對象保存的是一個字符串且字符串值的長度小於39字節，則用embstr編碼方式保存字符串。
int編碼和raw編碼都很簡單，這裏主要詳細說一下embstr編碼。embstr編碼主要適合於短字符串的編碼實現，通過調用一次內存分配函數分配一個連續的內存空間，用來存放redisobject和sdshdr對象。相比於raw編碼方式，其有三個優點：

1. 內存分配時候從raw編碼的兩次（分別申請redisobject和sdshdr）變成一次。
2. 內存釋放時候從raw編碼的兩次（分別釋放redisobject和sdshdr）變成一次。
3. embstr編碼中字符串對象是在連續的內存中，有利於緩存。
   還有一點需要注意，字符串對象的三種編碼方式之間可以轉換。關係如下圖。int編碼當時當用append命令加上字符串的時候就變成raw編碼方式了，embstr編碼方式也是隻讀方式，當嘗試對其做任何修改，也會將其轉換成raw編碼方式。
   
   字符串對象常用的命令如下：

命令	作用
SET	插入字符串對象的值
GET	根據鍵返回字符串值
APPEND	根據鍵將字符串插入原值後面
INCRBY	將整數值加法（只有整型編碼纔可以執行）
DECRBY	將整數值減法（只有整形編碼纔可以執行）
STRLEN	返回字符串的長度
SETRANGE	將索引上的值設定爲給定的字符（只有raw編碼可以執行）
GETRANGE	返回字符串索引上的值（只有raw編碼可以執行）

列表對象

列表對象的底層編碼是linkedlist和ziplist。當列表對象保存的元素數小於512且字符串元素小於64字節的時候用ziplist編碼，不滿足的時候用linkedlist編碼。兩種編碼可以轉換。下圖是兩種編碼類型的圖示。


列表常用的命令如下：

命令	作用
LPUSH	列表中頭部插入值
RPUSH	列表尾部插入值
LPOP	列表頭部彈出值
RPOP	列表尾部彈出值
LLEN	返回列表的長度
LINDEX	返回列表索引的值
LINSERT	在列表指定索引的位置中插入值
LSET	在列表指定索引位置更新節點的值
LREM	在列表中刪除給定值的節點
LTRIM	在列表上刪除指定索引之外的節點

哈希對象

哈希對象的底層編碼有兩種ziplist和hashtable。當哈希對象保存的鍵值對數小於512且鍵和值字符串長度小於64字節的時候用ziplist編碼，不滿足的時候用hashtable編碼。兩種編碼可以轉換。

命令	作用
HSET	將新節點添加到字典中
HGET	根據給定鍵返回相對應的值
HEXITS	根據給定鍵判斷是否字典中存在
HDEL	根據給定鍵刪除字典中的鍵值對
HLEN	字典中鍵值對的數量
HGETALL	返回字典中所有的鍵值對

集合對象

集合對象的編碼方式也有兩種：intset和hashtable。當集合中所有對象都是整數並且元素數量不超過512個就爲intset編碼，否則用hashtable編碼。

命令	作用
SADD	添加新元素
SCARD	返回集合中的元素數量
SISMEMBER	集合中查找是否存在元素
SMEMBERS	返回整個集合元素
SRANDMEMBER	集合中隨機返回一個元素
SPOP	集合中隨機刪除一個元素
SREM	集合中刪除所有的元素

有序集合對象

有序集合對象的底層編碼是ziplist或skiplist。當有序集合中元素數量小於128且所有元素長度小於64字節時候用ziplist編碼，否則用skiplist編碼。當使用ziplist編碼時，壓縮列表中對象按照分值從小到大排列，每個對象先存放對象內容，再存放對象分值。當使用skiplist編碼時，其實是同時使用了字典和跳錶。字典中存儲了對象的元素和分值匹配關係，跳錶根據分值從小到大有序存儲。
這樣設計的主要原因是同時利用跳錶和字典的優勢，比如ZSCORE命令可以返回指定元素的分值，如果只有跳錶則查詢的複雜度爲O(logn)，但是加上字典後查找的複雜度變成O(1)。但是如ZRANGE這類根據範圍進行查找的命令就可以有效利用，

命令	作用
ZADD	插入新元素
ZCARD	返回有序集合中的元素數量
ZCOUNT	有序集合給定分值範圍內的元素數量
ZRANGE	從表頭到表尾遍歷，返回索引範圍內的元素數量
ZREVRANGE	從表尾到表頭遍歷，返回索引範圍內的元素數量
ZSCORE	有序集合中返回給定成員的分值
ZREM	有序集合中刪除所有包含給定成員的元素

常用作用於所有對象的命令

命令	作用
TYPE	查看鍵值對中值對象的類型
OBJECT ENCODING	查看鍵值對中值對象的編碼類型
KEY + 模式	查找數據庫中滿足模式的KEY

參考

1. 《Redis設計與實現》
2. Redis命令