Redis字符串底层结构对数值型的支持常用数据结构和使用场景

字符串底层结构

SDS (Simple Dynamic Strings) 是 Redis 中用于实现字符串类型的一种数据结构。SDS 的设计目标是提供高效、灵活的字符串操作,同时避免传统 C 字符串的一些缺点。 

struct sdshdr {int len;    // 已使用的长度int free;   // 未使用的长度char buf[]; // 字符数组
};

当 SDS(Simple Dynamic Strings)空间不足时,会进行内存扩展,以确保字符串操作可以顺利进行。SDS 采用了一些机制来高效地处理内存扩展,减少频繁的内存分配操作。

内存扩展机制

  1. 预分配策略

    • 当需要扩展 SDS 时,SDS 不仅仅分配所需的空间,还会额外分配一些空间,以减少未来的扩展次数。
    • 具体策略如下:
      • 如果 len 小于 1MB,则分配两倍于当前长度的空间。
      • 如果 len 大于等于 1MB,则分配当前长度加 1MB 的空间。
  2. 空间扩展过程

    • 当 SDS 检测到空间不足时,会根据预分配策略计算新的分配大小。
    • 分配新的内存,并将现有数据复制到新的内存区域中。
    • 更新 len 和 free 字段,并将新数据追加到 buf 中。

对数值类型的支持:

在 Redis 中,虽然没有专门的整数类型,但它通过 SDS(Simple Dynamic Strings)数据结构对整数存储进行了优化(整数编码)。这些优化主要体现在减少内存占用和提高操作效率上。

整数存储优化机制

整数内嵌编码:当一个字符串可以表示为整数时,Redis 会使用整数内嵌编码来存储。这样可以减少内存消耗,因为整数编码比字符串编码更紧凑。

整数操作优化

Redis 提供了一些针对整数操作的原子性命令,例如 INCR、DECR、INCRBY 和 DECRBY。这些命令在内部会直接操作整数值,而不是将其转换成字符串进行操作。

数值操作命令

  1. INCR:将键的值加1
  2. DECR:将键的值减1
  3. INCRBY:按给定的增量将键的值增加
  4. DECRBY:按给定的减量将键的值减少
  5. INCRBYFLOAT:按给定的浮点数增量将键的值增加

Redis常用数据结构和使用场景:

字符串 (String)最基本的数据类型,单个键最大可以存储 512MB 的数据缓存简单的键值对,如用户信息、计数器等
哈希 (Hash)键值对集合,适合存储对象存储用户配置、会话信息、商品信息等
列表 (List)有序的字符串列表,可以从两端插入和弹出元素消息队列、任务列表、时间线等
集合 (Set)无序的字符串集合,集合内元素唯一标签、共同好友、去重操作等
有序集合 (Sorted Set)类似于集合,但每个元素关联一个分数,按分数排序排行榜、带权重的队列、延时任务等
位图 (Bitmap)可以对字符串进行位操作,用于高效地存储和处理位信息用户签到、在线状态、布隆过滤器等
HyperLogLog基数估计算法,适合用于估算集合的基数(唯一元素的数量),但不存储具体元素统计 UV(独立访客数)、去重统计等
地理位置 (Geo)基于有序集合实现的地理位置数据结构,提供位置存储和查询功能地理位置服务、附近的人或地点搜索等
流 (Stream)日志数据类型,支持高效的追加和消费操作实时日志、消息流处理、事件存储等

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