redis数据结构之String详解

一、为什么Redis选String作为基础类型？

redis中的所有key是字符串,所有value本质上也是字符串,比如 集合set中的每一个 成员 都是一个独立的字符串对象,列表中的每一个 元素 都是一个独立的字符串对象，整个HASH是一个对象，它内部的每一个 字段（field） 和一个字段值（value） 都是一个独立的字符串对象

redis是通过C语言来实现的，但是没有直接使用c语言中的字符串,有几下几点原因

• 获取字符串长度需要通过运算：C字符串以\0（空字符）结尾，要获取长度必须遍历整个数组直到遇到\0，时间复杂度为O(n)MDnMlJy，这在高性能数据库如Redis中效率低下。
• 非二进制安全：C字符串不能存储任意二进制数据，因为它依赖于\0作为结束符。如果数据中包含\0（如一些二进制文件），会被错误截断，破坏数据完整性。
• 不可修改：C语言字符串常量（如char* s = "hello"）是只读的，无法直接扩展或修改其长度，这在动态数据存储中不灵活。

Redis的解决方案：Redis因此构建了自己的字符串结构——SDS（简单动态字符串），它通过设计一个智能结构来支持查找、二进制安全性和动态修改。

二、SDS底层数据结构

uint8_t (8位无符号整数),可表示的最大值是 255 (因为 2^8 - 1 = 255),因此 len 最多记录 255 字节 的长度，否则会溢出,如果一个 SDS 字符串的实际长度超过 255 字节，Redis 会自动选择更大容量的结构体（如 sdshdr16/sdshdr32）。

三、RedisObject是什么

通常我们了解的数据结构有字符串、双端链表、字android典、压缩列表、整数集合等，但是Redis为了加快读写速度，php并没有直接使用这些数据结构，而是在此基础上又包装了一层称之为RedisObject。

RedisObject 有五种对象：字符串对象(String)、列表对象(List)、哈希对象(Hash)、集合对象(Set)和有序集合对象(ZSet)。

1.type：数据类型标识（4 bit）就是redis基本类型

2.encoding：内部编码（4 bit）

同一数据类型可对应不同底层实现：

动态编码转换示例：

• 当 Hash 的元素超过 hash-max-ziplist-entries 时
• OBJ_ENCODING_ZIPLIST → OBJ_ENCODING_HT

3.lru：缓存淘汰信息（24 bit）

• LRU模式：记录对象最后访问时间戳（精度：秒级）
• LFU模式（Redis 4.0+）：

16 bits      8 bits
+------------+------+
| 访问时间戳   | 频率 |
+------------+------+

• 频率（logc）：基于概率递增的访问计数器
• 时间戳：解决冷数据滞留问题

4.refcount：引用计数（4字节）

• 内存回收：refcount=0 时自动释放内存
• 对象共享：相同数据复用对象（如 SET key 100 共享整数对象）
• 多客户端引用：同一 key 被多个客户端连接引用

5.ptr：数据指针（8字节）

指向实际数据结构，如：

• OBJ_ENCODING_INT → 直接存储整数（void * 强转为 long）
• OBJ_ENCODING_RAW → 指向 sds 结构
• OBJ_ENCODING_HT → 指向 dict 哈希表

四、String类型数据结构

string类型在redis中有三种编码方式

RAW编码

分配两次内存 RedisObject和SDS的内存不连续 两个数据结构申请了两片内存区域

EMBSTR编码

INT编码

为什么分界线是44字节？

44字节的临界值源于内存分配器的优化策略，具体计算如下：

1. 内存分配器的最小单位

• Redis 默认使用 jemalloc 或 glibc malloc
• 这些分配器的最小分配单元通常是 64字节（CPU缓存行对齐）

2. EMBSTR 的总内存占用公式

总大小 = RedisObject(16字节) + SDS头部(3字节) + 字符串内容(N字节) + 结束符\0(1字节)

• 最大允许占用：64字节（分配器最小单元）
• 固定开销：16(robj) + 3(sds) + 1(\0) = 20字节
• 可用空间：64 - 20 = 44字节

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持China编程(www.chinasem.cn)。