Redis作为Key-Value存储系统，数据结构如下：
Redis没有表的概念，Redis实例所对应的db以编号区分，db本身就是key的命名空间。
比如：user:1000作为key值，表示在user这个命名空间下id为1000的元素，类似于user表的id=1000的 行。
RedisDB结构
Redis中存在“数据库”的概念，该结构由redis.h中的redisDb定义。
当redis 服务器初始化时，会预先分配 16 个数据库
所有数据库保存到结构 redisServer 的一个成员 redisServer.db 数组中
redisClient中存在一个名叫db的指针指向当前使用的数据库
RedisDB结构体源码：
typedef struct redisDb {int id; //id是数据库序号，为0-15（默认Redis有16个数据库，一般取0）long avg_ttl; //存储的数据库对象的平均ttl（time to live），用于统计dict *dict; //存储数据库所有的key-valuedict *expires; //存储key的过期时间dict *blocking_keys;//blpop 存储阻塞key和客户端对象dict *ready_keys;//阻塞后push 响应阻塞客户端 存储阻塞后push的key和客户端对象dict *watched_keys;//存储watch监控的的key和客户端对象} redisDb;
id
id是数据库序号，为0-15（默认Redis有16个数据库）
dict
存储数据库所有的key-value，后面要详细讲解
expires
存储key的过期时间，后面要详细讲解
RedisObject结构
Value是一个对象 包含字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象和有序集合对象
全部都封装到了RedisObject里面
结构信息概览
typedef struct redisObject {unsigned type:4;//类型 对象类型unsigned encoding:4;//编码void *ptr;//指向底层实现数据结构的指针//...int refcount;//引用计数//...unsigned lru:LRU_BITS; //LRU_BITS为24bit 记录最后一次被命令程序访问的时间//...}robj;
4位type
type 字段表示对象的类型，占 4 位；
REDIS_STRING(字符串)、REDIS_LIST(列表)、REDIS_HASH(哈希)、REDIS_SET(集合)、REDIS_ZSET(有序集合)。
当我们执行 type 命令时，便是通过读取 RedisObject 的 type 字段获得对象的类型
127.0.0.1:6379> type a1string
4位encoding
encoding 表示对象的内部编码，占 4 位 每个对象有不同的实现编码
Redis 可以根据不同的使用场景来为对象设置不同的编码，大大提高了 Redis 的灵活性和效率。
通过 object encoding 命令，可以查看对象采用的编码方式
127.0.0.1:6379> object encoding a1"int"
24位LRU
lru 记录的是对象最后一次被命令程序访问的时间，（ 4.0 版本占 24 位，2.6 版本占 22 位）。
高16位存储一个分钟数级别的时间戳，低8位存储访问计数（lfu ： 最近访问次数）
lru——> 高16位: 最后被访问的时间
lfu——->低8位：最近访问次数
refcount
refcount 记录的是该对象被引用的次数，类型为整型。
refcount 的作用，主要在于对象的引用计数和内存回收。 当对象的refcount>1时，称为共享对象
Redis 为了节省内存，当有一些对象重复出现时，新的程序不会创建新的对象，而是仍然使用原来的对 象。
ptr
ptr 指针指向具体的数据，比如：set hello world，ptr 指向包含字符串 world 的 SDS。
7种type
字符串对象
C语言： 字符数组 “\0”
Redis 使用了 SDS(Simple Dynamic String)。用于存储字符串和整型数据。
（简单动态字符串）
struct sdshdr{//记录buf数组中已使用字节的数量int len;//记录 buf 数组中未使用字节的数量int free;//字符数组，用于保存字符串char buf[];}
buf[] 的长度=len+free+1
SDS的优势：
1、SDS 在 C 字符串的基础上加入了 free 和 len 字段，获取字符串长度：SDS 是 O(1)，C 字符串是 O(n)。 buf数组的长度=free+len+1
2、 SDS 由于记录了长度，在可能造成缓冲区溢出时会自动重新分配内存，杜绝了缓冲区溢出。
3、可以存取二进制数据，以字符串长度len来作为结束标识 C： \0 空字符串 二进制数据包括空字符串，所以没有办法存取二进制数据 SDS ： 非二进制 \0 二进制： 字符串长度 可以存二进制数据
使用场景：
SDS的主要应用在：存储字符串和整型数据、存储key、AOF缓冲区和用户输入缓冲。
跳跃表（重点）
跳跃表是有序集合（sorted-set）的底层实现，效率高，实现简单。
跳跃表的基本思想： 将有序链表中的部分节点分层，每一层都是一个有序链表
查找
在查找时优先从最高层开始向后查找，当到达某个节点时，如果next节点值大于要查找的值或next指针 指向null，则从当前节点下降一层继续向后查找。
举例： 
查找元素9，按道理我们需要从头结点开始遍历，一共遍历8个结点才能找到元素9。
第一次分层：
遍历5次找到元素9（红色的线为查找路径）
（隔一个一跳）
第二次分层：
遍历4次找到元素9
（隔三个一跳）
第三层分层:
遍历4次找到元素9 
这种数据结构，就是跳跃表，它具有二分查找的功能。
插入与删除 上面例子中，9个结点，一共4层，是理想的跳跃表。
通过抛硬币（概率1/2）的方式来决定新插入结点跨越的层数：
正面:插入上层
背面：不插入 达到1/2概率（计算次数）
删除
找到指定元素并删除每层的该元素即可
跳跃表特点：
每层都是一个有序链表 查找次数近似于层数（1/2）
底层包含所有元素 空间复杂度 O(n) 扩充了一倍
Redis跳跃表的实现
//跳跃表节点typedef struct zskiplistNode {sds ele; /* 存储字符串类型数据 redis3.0版本中使用robj类型表示， 但是在redis4.0.1中直接使用sds类型表示 */double score;//存储排序的分值struct zskiplistNode *backward;//后退指针，指向当前节点最底层的前一个节点/*层，柔性数组，随机生成1-64的值*/struct zskiplistLevel {struct zskiplistNode *forward; //指向本层下一个节点unsigned int span;//本层下个节点到本节点的元素个数} level[];} zskiplistNode;//链表typedef struct zskiplist{//表头节点和表尾节点structz skiplistNode *header, *tail;//表中节点的数量unsigned long length;//表中层数最大的节点的层数int level;}zskiplist;
完整的跳跃表结构体： 
跳跃表的优势：
1、可以快速查找到需要的节点 O(logn)
2、可以在O(1)的时间复杂度下，快速获得跳跃表的头节点、尾结点、长度和高度。
应用场景：有序集合的实现
字典（重点+难点）
字典dict又称散列表（hash），是用来存储键值对的一种数据结构。
Redis整个数据库是用字典来存储的。（K-V结构）
对Redis进行CURD操作其实就是对字典中的数据进行CURD操作。
数组
数组：用来存储数据的容器，采用头指针+偏移量的方式能够以O(1)的时间复杂度定位到数据所在的内 存地址。 Redis 海量存储 快
Hash函数
Hash（散列），作用是把任意长度的输入通过散列算法转换成固定类型、固定长度的散列值。
hash函数可以把Redis里的key：包括字符串、整数、浮点数统一转换成整数。
key=100.1 String “100.1” 5位长度的字符串
Redis-cli :times 33
Redis-Server : MurmurHash
数组下标=hash(key)%数组容量(hash值%数组容量得到的余数)
（不管你输入什么类型，我都是给你找数）
Hash冲突
不同的key经过计算后出现数组下标一致，称为Hash冲突。
采用单链表在相同的下标位置处存储原始key和value 当根据key找Value时，
找到数组下标，遍历单链表可以找出key相同的value 
Redis字典的实现
Redis字典实现包括：字典(dict)、Hash表(dictht)、Hash表节点(dictEntry)。 
Hash表
typedef struct dictht {dictEntry **table; // 哈希表数组unsigned long size; // 哈希表数组的大小unsigned long sizemask; // 用于映射位置的掩码，值永远等于(size-1)unsigned long used; // 哈希表已有节点的数量,包含next单链表数据} dictht;
1、hash表的数组初始容量为4，随着k-v存储量的增加需要对hash表数组进行扩容，新扩容量为当前量 的一倍，即4,8,16,32
2、索引值=Hash值&掩码值（Hash值与Hash表容量取余）
Hash表节点
typedef struct dictEntry {void *key; // 键union { // 值v的类型可以是以下4种类型void *val;uint64_t u64;int64_t s64;double d;} v;struct dictEntry *next; // 指向下一个哈希表节点，形成单向链表 解决hash冲突} dictEntry;
key字段存储的是键值对中的键
v字段是个联合体，存储的是键值对中的值。
next指向下一个哈希表节点，用于解决hash冲突
dict字典
typedef struct dict {dictType *type; // 该字典对应的特定操作函数void *privdata; // 上述类型函数对应的可选参数dictht ht[2]; /* 两张哈希表，存储键值对数据，ht[0]为原生哈希表，ht[1]为 rehash 哈希表 */long rehashidx; /*rehash标识 当等于-1时表示没有在rehash，否则表示正在进行rehash操作，存储的值表示hash表 ht[0]的rehash进行到哪个索引值(数组下标)*/int iterators; // 当前运行的迭代器数量} dict;
type字段，指向dictType结构体，里边包括了对该字典操作的函数指针
typedef struct dictType {// 计算哈希值的函数unsigned int (*hashFunction)(const void *key);// 复制键的函数void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);// 复制值的函数void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);// 比较键的函数int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);// 销毁键的函数void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);// 销毁值的函数void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);} dictType;
Redis字典除了主数据库的K-V数据存储以外，还可以用于：散列表对象、哨兵模式中的主从节点管理等 在不同的应用中，字典的形态都可能不同，dictType是为了实现各种形态的字典而抽象出来的操作函数 （多态）。
完整的Redis字典数据结构： 
字典扩容
字典达到存储上限（阈值 0.75），需要rehash（扩容）
扩容流程： （为了提高性能）
说明：
- 初次申请默认容量为4个dictEntry，非初次申请为当前hash表容量的一倍。
- rehashidx=0表示要进行rehash操作。
- 新增加的数据在新的hash表h[1]
- 修改、删除、查询在老hash表h[0]、新hash表h[1]中（rehash中）
- 将老的hash表h[0]的数据重新计算索引值后全部迁移到新的hash表h[1]中，这个过程称为rehash。
渐进式rehash
当数据量巨大时rehash的过程是非常缓慢的，所以需要进行优化。
服务器忙，则只对一个节点进行rehash 服务器闲，可批量rehash(100节点)
应用场景： （都是用字典来存的）
1、主数据库的K-V数据存储
2、散列表对象（hash）
3、哨兵模式中的主从节点管理
压缩列表
压缩列表（ziplist）是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型数据结构 节省内存
是一个字节数组，可以包含多个节点（entry）。每个节点可以保存一个字节数组或一个整数。 压缩列表的数据结构如下： 
zlbytes：压缩列表的字节长度 zltail：压缩列表尾元素相对于压缩列表起始地址的偏移量 zllen：压缩列表的元素个数 entry1..entryX : 压缩列表的各个节点 zlend：压缩列表的结尾，占一个字节，恒为0xFF（255） entryX元素的编码结构：
previous_entry_length：前一个元素的字节长度 encoding:表示当前元素的编码 content:数据内容
ziplist结构体如下：
struct ziplist<T>{unsigned int zlbytes; // ziplist的长度字节数，包含头部、所有entry和zipend。unsigned int zloffset; // 从ziplist的头指针到指向最后一个entry的偏移量，用于快速反向查询unsigned short int zllength; // entry元素个数T[] entry; // 元素值unsigned char zlend; // ziplist结束符，值固定为0xFF}typedef struct zlentry {unsigned int prevrawlensize; //previous_entry_length字段的长度unsigned int prevrawlen; //previous_entry_length字段存储的内容unsigned int lensize; //encoding字段的长度unsigned int len; //数据内容长度unsigned int headersize; //当前元素的首部长度，即previous_entry_length字段长度与 encoding字段长度之和。unsigned char encoding; //数据类型unsigned char *p; //当前元素首地址} zlentry;
应用场景：
sorted-set和hash元素个数少且是小整数或短字符串（直接使用） list用快速链表(quicklist)数据结构存储，而快速链表是双向列表与压缩列表的组合。（间接使用）
整数集合
整数集合(intset)是一个有序的（整数升序）、存储整数的连续存储结构。 当Redis集合类型的元素都是整数并且都处在64位有符号整数范围内（2^64），使用该结构体存储。
127.0.0.1:6379> sadd set:001 1 3 5 6 2(integer) 5127.0.0.1:6379> object encoding set:001"intset"127.0.0.1:6379> sadd set:004 1 100000000000000000000000000 9999999999(integer) 3127.0.0.1:6379> object encoding set:004"hashtable"
intset的结构图如下：
typedef struct intset{//编码方式uint32_t encoding;//集合包含的元素数量uint32_t length;//保存元素的数组int8_t contents[];}intset;
应用场景： 可以保存类型为int16_t、int32_t 或者int64_t 的整数值，并且保证集合中不会出现重复元素。
快速列表（重要）
快速列表（quicklist）是Redis底层重要的数据结构。是列表的底层实现。（在Redis3.2之前，Redis采 用双向链表（adlist）和压缩列表（ziplist）实现。）在Redis3.2以后结合adlist和ziplist的优势Redis设 计出了quicklist。
127.0.0.1:6379> lpush list:001 1 2 5 4 3(integer) 5127.0.0.1:6379> object encoding list:001"quicklist"
双向列表（adlist）
双向链表优势：
- 双向：链表具有前置节点和后置节点的引用，获取这两个节点时间复杂度都为O(1)。
- 普通链表（单链表）：节点类保留下一节点的引用。链表类只保留头节点的引用，只能从头节点插入删除
- 无环：表头节点的 prev 指针和表尾节点的 next 指针都指向 NULL,对链表的访问都是以 NULL 结束。
环状：头的前一个节点指向尾节点 - 带链表长度计数器：通过 len 属性获取链表长度的时间复杂度为 O(1)。
- 多态：链表节点使用 void* 指针来保存节点值，可以保存各种不同类型的值。
快速列表
quicklist是一个双向链表，链表中的每个节点时一个ziplist结构。quicklist中的每个节点ziplist都能够存 储多个数据元素。 
quicklist的结构定义如下：
typedef struct quicklist {quicklistNode *head; // 指向quicklist的头部quicklistNode *tail; // 指向quicklist的尾部unsigned long count; // 列表中所有数据项的个数总和unsigned int len; // quicklist节点的个数，即ziplist的个数int fill : 16; // ziplist大小限定，由list-max-ziplist-size给定(Redis设定)unsigned int compress : 16; // 节点压缩深度设置，由list-compress-depth给定(Redis设定)} quicklist;
quicklistNode的结构定义如下：
typedef struct quicklistNode {struct quicklistNode *prev; // 指向上一个ziplist节点struct quicklistNode *next; // 指向下一个ziplist节点unsigned char *zl; // 数据指针，如果没有被压缩，就指向ziplist结构，反之指向 quicklistLZF结构unsigned int sz; // 表示指向ziplist结构的总长度(内存占用长度)unsigned int count : 16; // 表示ziplist中的数据项个数unsigned int encoding : 2; // 编码方式，1--ziplist，2--quicklistLZFunsigned int container : 2; // 预留字段，存放数据的方式，1--NONE，2--ziplistunsigned int recompress : 1; // 解压标记，当查看一个被压缩的数据时，需要暂时解压，标记此参数为 1，之后再重新进行压缩unsigned int attempted_compress : 1; // 测试相关unsigned int extra : 10; // 扩展字段，暂时没用} quicklistNode;
数据压缩
quicklist每个节点的实际数据存储结构为ziplist，这种结构的优势在于节省存储空间。为了进一步降低 ziplist的存储空间，还可以对ziplist进行压缩。Redis采用的压缩算法是LZF。其基本思想是：数据与前 面重复的记录重复位置及长度，不重复的记录原始数据。 压缩过后的数据可以分成多个片段，每个片段有两个部分：解释字段和数据字段。quicklistLZF的结构 体如下：
typedef struct quicklistLZF {unsigned int sz; // LZF压缩后占用的字节数char compressed[]; // 柔性数组，指向数据部分} quicklistLZF;
应用场景
列表(List)的底层实现、发布与订阅、慢查询、监视器等功能。
流对象
stream主要由：消息、生产者、消费者和消费组构成。
Redis Stream的底层主要使用了listpack（紧凑列表）和Rax树（基数树）。
listpack
listpack表示一个字符串列表的序列化，listpack可用于存储字符串或整数。用于存储stream的消息内 容。 结构如下图： 
Rax树
Rax 是一个有序字典树 (基数树 Radix Tree)，按照 key 的字典序排列，支持快速地定位、插入和删除操 作。 
Rax 被用在 Redis Stream 结构里面用于存储消息队列，在 Stream 里面消息 ID 的前缀是时间戳 + 序 号，这样的消息可以理解为时间序列消息。使用 Rax 结构 进行存储就可以快速地根据消息 ID 定位到具 体的消息，然后继续遍历指定消息 之后的所有消息。
应用场景：
stream的底层实现
10种encoding
encoding 表示对象的内部编码，占 4 位。 Redis通过 encoding 属性为对象设置不同的编码 对于少的和小的数据，Redis采用小的和压缩的存储方式，体现Redis的灵活性 大大提高了 Redis 的存储量和执行效率 比如Set对象： intset ： 元素是64位以内的整数 hashtable：元素是64位以外的整数 如下所示：
127.0.0.1:6379> sadd set:001 1 3 5 6 2(integer) 5127.0.0.1:6379> object encoding set:001"intset"127.0.0.1:6379> sadd set:004 1 100000000000000000000000000 9999999999(integer) 3127.0.0.1:6379> object encoding set:004"hashtable"
String
int
REDIS_ENCODING_INT（int类型的整数）
127.0.0.1:6379> set n1 123OK127.0.0.1:6379> object encoding n1"int"
embstr
REDIS_ENCODING_EMBSTR(编码的简单动态字符串) 小字符串 长度小于44个字节
127.0.0.1:6379> set name:001 zhangfeiOK127.0.0.1:6379> object encoding name:001"embstr"
raw
REDIS_ENCODING_EMBSTR(编码的简单动态字符串) 小字符串 长度小于44个字节
127.0.0.1:6379> set name:001 zhangfeiOK127.0.0.1:6379> object encoding name:001"embstr"
raw
REDIS_ENCODING_RAW （简单动态字符串） 大字符串 长度大于44个字节
127.0.0.1:6379> set address:001asdasdasdasdasdasdsadasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasdasOK127.0.0.1:6379> object encoding address:001"raw"
list
列表的编码是quicklist。 REDIS_ENCODING_QUICKLIST（快速列表）
127.0.0.1:6379> lpush list:001 1 2 5 4 3(integer) 5127.0.0.1:6379> object encoding list:001"quicklist"
hash
散列的编码是字典和压缩列表
dict
REDIS_ENCODING_HT（字典） 当散列表元素的个数比较多或元素不是小整数或短字符串时。
127.0.0.1:6379> hmset user:003username11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 zhangfei password 111 num2300000000000000000000000000000000000000000000000000OK127.0.0.1:6379> object encoding user:003"hashtable"
ziplist
REDIS_ENCODING_ZIPLIST（压缩列表） 当散列表元素的个数比较少，且元素都是小整数或短字符串时。
127.0.0.1:6379> hmset user:001 username zhangfei password 111 age 23 sex MOK127.0.0.1:6379> object encoding user:001"ziplist"
set
集合的编码是整形集合和字典
intset
REDIS_ENCODING_INTSET（整数集合） 当Redis集合类型的元素都是整数并且都处在64位有符号整数范围内（<18446744073709551616）
127.0.0.1:6379> sadd set:001 1 3 5 6 2(integer) 5127.0.0.1:6379> object encoding set:001"intset"
dict
REDIS_ENCODING_HT（字典） 当Redis集合类型的元素是非整数或都处在64位有符号整数范围外（>18446744073709551616）
127.0.0.1:6379> sadd set:004 1 100000000000000000000000000 9999999999(integer) 3127.0.0.1:6379> object encoding set:004"hashtable"
zset
有序集合的编码是压缩列表和跳跃表+字典
ziplist
REDIS_ENCODING_ZIPLIST（压缩列表） 当元素的个数比较少，且元素都是小整数或短字符串时。
127.0.0.1:6379> zadd hit:1 100 item1 20 item2 45 item3(integer) 3127.0.0.1:6379> object encoding hit:1"ziplist"
skiplist + dict
REDIS_ENCODING_SKIPLIST（跳跃表+字典） 当元素的个数比较多或元素不是小整数或短字符串时
127.0.0.1:6379> zadd hit:2 100item11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 20 item2 45 item3(integer) 3127.0.0.1:6379> object encoding hit:2"skiplist"
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