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Redis（八）理解内存

2019年11月03日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

前言

redis 并没有直接使用数据结构来实现键值对数据库， 而是基于这些数据结构创建了一个对象系统， 这个系统包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象这五种类型的对象， 每种对象都用到了至少一种我们前面所介绍的数据结构。

通过这五种不同类型的对象， redis 可以在执行命令之前， 根据对象的类型来判断一个对象是否可以执行给定的命令。 使用对象的另一个好处是， 我们可以针对不同的使用场景， 为对象设置多种不同的数据结构实现， 从而优化对象在不同场景下的使用效率。

除此之外， redis 的对象系统还实现了基于引用计数技术的内存回收机制： 当程序不再使用某个对象的时候， 这个对象所占用的内存就会被自动释放； 另外， redis 还通过引用计数技术实现了对象共享机制， 这一机制可以在适当的条件下， 通过让多个数据库键共享同一个对象来节约内存。

 

对象的类型与编码

redis 使用对象来表示数据库中的键和值， 每次当我们在 redis 的数据库中新创建一个键值对时， 我们至少会创建两个对象， 一个对象用作键值对的键（键对象）， 另一个对象用作键值对的值（值对象）。

redis 中的每个对象都由一个 redisobject 结构表示， 该结构中和保存数据有关的三个属性分别是 type 属性、 encoding 属性和 ptr 属性：

 1 typedef struct redisobject {
 2 
 3     // 类型
 4     unsigned type:4;
 5 
 6     // 编码
 7     unsigned encoding:4;
 8 
 9     // 指向底层实现数据结构的指针
10     void *ptr;
11 
12     // ...
13 
14 } robj;

 

我们可以看到一个对象中主要包含了三种字段。

type： 表示对象的类型。比如string，list，hash等等

encoding：表示对象底层用的是什么数据结构。如int(整数)，embstr(简洁版sds)，raw(sds)，ht(map)等等

ptr：ptr是一个指针，指向对象所用的数据结构。

如下图所示： 

set  k v

k是string类型，embstr数据结构，也就是简洁版的sds，后续讲。

        

embstr与sds区别

之前我们讲数据结构，都没有见到过embstr，是的，我也是看到这一节才知道有这个东西的。

redis为了优化，搞了一个embstr，他是为了专门存短字符串的一种编码优化方式。

  • embstr 编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从 raw 编码的两次降低为一次。raw 编码会调用两次内存分配函数来分别创建 redisobject 结构和 sdshdr 结构， 而 embstr 编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间， 空间中依次包含 redisobject 和 sdshdr 两个结构。因为一个连续，一个不连续。
  • 释放 embstr 编码的字符串对象只需要调用一次内存释放函数， 而释放 raw 编码的字符串对象需要调用两次内存释放函数。理由同上
  • 因为 embstr 编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面， 所以这种编码的字符串对象比起 raw 编码的字符串对象能够更好地利用缓存带来的优势。

总的来说，因为embstr分配的是一段连续的内存，使得它分配释放内存都是一次，所以效率会有所提高。同时embste   <==>  sds  为44个字节。

从下图中，我们可以明确看到。 len <= 44 都是embster的数据结构，如果len > 44 则转变为raw。至于为啥44。

大家可以去算一下。参考文章：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/67876900    

https://xiaoyue26.github.io/2019/01/19/2019-01/redis%e7%9a%84embstr%e4%b8%ba%e4%bb%80%e4%b9%88%e6%98%af39b/

 

内存

redis为了节省内存，真的是操碎了心。

c语言不像java，go等语言，本身不具备自动回收内存机制。java的内存回收导致stw一直被人诟病，最近看了zgc的数据，java真的是崛起了。

因此redis 在自己的对象系统中构建了一个引用计数（reference counting）技术实现的内存回收机制， 通过这一机制， 程序可以通过跟踪对象的引用计数信息， 在适当的时候自动释放对象并进行内存回收。

 但熟悉jvm的都知道，引用计数他有一种缺陷就是，解决不了循环引用的问题。

如  a   <==>  b  但已经没有其他任何节点引用ab了，但ab由于相互引用，计数为1，永远不会被回收。所以java用了gc root。

但redis不知道为啥不存在这个问题，找了资料，也没找出什么原因。大多都说redis没有复杂的结构，所以？有大佬能解答下不？

引用计数我们可以通过  object refcount token 命令，查询到token被引用了几次，如果为0，那么则可以回收了。

还有最重要的一点是，redis对整数 0-9999(共1w个整数)做了缓存。类似于java对-128-127做缓存一样。

但是没有对值的字符串，如aaaaa的这种缓存，毕竟判断一个字符串是否在库里面，需要扫整个库，非常耗时，并且cpu压力非常的大。

处于优化，折中的考虑，也就缓存了0-9999吧。其实看看淘宝商品的价格，缓存0-100足矣，毕竟0-100占据了99%的商品。

具体可看：http://redisbook.com/preview/object/share_object.html

 

后言

  • redis 数据库中的每个键值对的键和值都是一个对象。
  • redis 共有字符串、列表、哈希、集合、有序集合五种类型的对象， 每种类型的对象至少都有两种或以上的编码方式， 不同的编码可以在不同的使用场景上优化对象的使用效率。
  • 服务器在执行某些命令之前， 会先检查给定键的类型能否执行指定的命令， 而检查一个键的类型就是检查键的值对象的类型。
  • redis 的对象系统带有引用计数实现的内存回收机制， 当一个对象不再被使用时， 该对象所占用的内存就会被自动释放。
  • redis 会共享值为 0 到 9999 的整数对象。
  • 对象会记录自己的最后一次被访问的时间， 这个时间可以用于计算对象的空转时间。

 

参考： 

 

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