Redis7底层数据结构解析

news2025/6/3 6:31:31

redisObject

在 Redis 的源码中，Redis 会将底层数据结构（如 SDS、hash table、skiplist 等）统一封装成一个对象，这个对象叫做 redisObject，也简称 robj。

typedef struct redisObject {
    unsigned type : 4;      // 数据类型（string, list, set, zset, hash）
    unsigned encoding : 4;  // 编码方式（raw, int, hashtable, skiplist 等）
    unsigned lru : 24;      // LRU 时间戳或 LFU 信息
    int refcount;           // 引用计数
    void *ptr;              // 指向实际数据的指针
} robj;

string

string数据的类型，会根据value的类型不同，有以下⼏种处理⽅式

int : 如果value可以转换成⼀个long类型的数字，那么就⽤int保存value。只有整数才会使⽤int,如果是浮点数，Redis内部其实是先将浮点数转化成字符串，然后保存
embstr ：如果value是⼀个字符串类型，并且⻓度⼩于44字节的字符串，那么Redis就会⽤embstr保存。代表embstr的底层数据结构是SDS(Simple Dynamic String 简单动态字符串)

embstr字⾯意思就是内嵌字符串。所谓内嵌的核⼼，其实就是将新创建的SDS对象直接分配在对象⾃⼰的内存后⾯。这样内存读取效率明显更⾼。

SDS其实是⼀段不可修改的字符串，redis定义好了不同长度的sds。这意味着如果使⽤APPEND之类的指令尝试修改⼀个key的值，那么就算value的⻓度没有超过44,Redis也会使⽤⼀个新创建的raw类型，⽽不再使⽤原来的SDS。

raw ：如果value是⼀个字符串类型，并且⻓度⼤于44字节，就会⽤raw保存。

raw类型其实相当于是兜底的⼀种类型。特殊的数字类型和⼩字符串类型处理完了后，就是raw类型了。raw类型的处理⽅式就是单独创建⼀个SDS，然后将robj的ptr指向这个SDS。\

在这里插入图片描述

HASH

如果field-value对的数据⽐较少，就⽤listpack。如果数据⽐较多，就⽤hashtable。

hash-max-listpack-entries 限制value⾥键值对的个数(默认512)，hash-max-listpack-value 限制value⾥值的数据⼤⼩(默认64字节)。

listpack
listpack是ziplist的升级版，ziplist每个entry会记录前节点的长度（用于反向遍历），在⼤于等于254字节的新节点加⼊到压缩列表的表头节点会触发连锁更新。listpack则改为了记录当前entry的长度，不受到前节点影响，不会触发连锁更新，也就不直接支持反向遍历
ziplist
ziplist的entry结构

listpack
hashtable
dict构成了hash的整个value，dictEntry则是field-value，dictEntry内有下一个dictEntry的指针（c语言使用sizeof(struct 结构体名)可以获取结构体所占的长度）

hash底层数据结构总结

hash底层更多的是使⽤listpack来存储value。
如果hash对象保存的键值对超过512个，或者所有键值对的字符串⻓度超过64字节，底层的数据结构就会由listpack升级成为hashtable。
对于同⼀个hash数据，listpack结构可以升级为hashtable结构，但是hashtable结构不会降级成为listpack。

List

list类型的数据，在Redis中还是以listpack+quicklist为基础保存的。

list-max-listpack-size -2每个list中包含的节点⼤⼩或个数。正数表示个数，负数-1到-5表示⼤⼩。
-5: max size: 64 Kb <-- not recommended for normal workloads
-4: max size: 32 Kb <-- not recommended
-3: max size: 16 Kb <-- probably not recommended
-2: max size: 8 Kb <-- good
-1: max size: 4 Kb <-- good

quicklist
listpack可以看成是⼀个数组(Array)结构，查快改慢。与数组形成对⽐的是链表(List)结构。链表的节点之间只通过指针指向相关联的节点，修改只需要调整指针，但是只能沿着指针查找元素
quicklist则是两者结合，整体上是list，而每个quickListNode又有数个listpack

set

Redis底层综合使⽤intset+listpack+hashtable存储set数据。set数据的⼦元素也是<k,v>形式的entry。其中，key就是元素的值，value是null。

如果set的数据不是数字，并且数据的⼤⼩没有超过下⾯设定的阈值，就⽤listpack存储
如果数据⼤⼩超过了其中⼀个阈值，就改为使⽤hashtable存储。
set-max-listpack-entries 128 指素数量不超过 128 个
set-max-listpack-value 64 指字节长度不超过 64 字节

intset是一个紧凑的有序整数数组结构，支持自动升级为更大整数类型，插入时使用二分查找来保持元素不重复，用于存储所有是整数且数量不大的集合。

typedef struct intset {
    uint32_t encoding;   // 当前使用的整数编码（int16、int32、int64）
    uint32_t length;     // 当前元素个数
    int8_t contents[];   // 实际存储整数的区域（变长数组）
} intset;

关于这三种数据结构之间如何转换，以set数据类型最为典型的sadd指令为例，会进⼊下⾯这个⽅法进⾏处理。

在创建set元素时，就会根据⼦元素的类型，判断是⽤intset还是⽤listpack。

⽽在添加元素时，也会根据参数判断是否需要转换底层编码

ZSET

Redis底层综合使⽤listpack + skiplist两种结构来保存zset类型的数据。

数据的⼤⼩没有超过下⾯设定的阈值，就⽤listpack存储
如果数据⼤⼩超过了其中⼀个阈值，就改为使⽤skiplist存储。
zset-max-listpack-entries 128 指素数量不超过 128 个
zset-max-listpack-value 64 指字节长度不超过 64 字节

skiplist
skiplist的优化思路是构建多层逐级缩减的⼦索引，⽤更多的索引来提升搜索的性能。

typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;               // 成员值（string）
    double score;          // 排序用分数
    struct zskiplistNode *backward; // 后退指针（用于反向遍历）

    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward; // 指向下一节点
        unsigned int span;             // 跨越节点数（用于排名计算）
    } level[];             // 每一层的 forward/跨度信息
} zskiplistNode;