Redis 数据类型及其底层数据结构

字符串（String）

• 底层数据结构：简单动态字符串（Simple Dynamic String, SDS）
• 优势：SDS 支持修改操作，如追加、截断等，而不仅仅是读取。它们还能高效地增长和缩小，且带有前置空间，用于减少因增长而重新分配内存的次数。
• 使用理由：字符串是最基本的数据类型，适用于处理文本或二进制数据，提供了灵活性和高效的存储能力。
• 解决问题：存储和操作键值对数据，支持存储序列化的复杂数据结构、二进制安全。

列表（List）

• 底层数据结构：双向链表（Linked List）或压缩列表（ziplist）
• 优势：双向链表支持在两端快速添加或删除元素，而压缩列表则在内存使用上更为高效。
• 使用理由：列表适合存储有序的元素集合，特别是当需要在两端进行操作时。
• 解决问题：快速实现队列和栈的功能，以及按插入顺序存储和检索数据。

集合（Set）

• 底层数据结构：散列表（hashtable）或整数集合（intset）
• 优势：散列表提供了快速的查找、添加和删除操作，而整数集合在存储小整数集时更为内存高效。
• 使用理由：集合用于存储无序的唯一元素，适合快速判断元素是否存在于集合中。
• 解决问题：实现无序元素集合的存储，支持高效的集合操作如并集、交集和差集。

有序集合（Sorted Set）

• 底层数据结构：跳跃表（skiplist）和散列表（hashtable）
• 优势：跳跃表支持快速的元素访问和范围查询，而散列表则用于快速查找元素。
• 使用理由：有序集合维护了一个按分数排序的元素集合，适合实现排行榜等功能。
• 解决问题：结合了集合的唯一性和列表的有序性，支持按分数范围查询元素。

哈希（Hash）

• 底层数据结构：压缩列表（ziplist）或散列表（hashtable）
• 优势：压缩列表在小数据集上节省内存，而散列表则在处理大量数据时提供了快速的访问时间。
• 使用理由：哈希适合存储对象的字段和值，提供了一种类似于结构体的数据组织方式。
• 解决问题：存储和访问对象属性，支持对对象模型的高效映射。

自动转换底层数据结构

Redis中的底层数据结构转换是自动进行的，无需人为干预。Redis为了优化性能和内存使用，会根据数据的实际使用情况自动选择最合适的底层数据结构。

触发转换的条件

转换通常是由以下条件触发的：

1. 列表 (List): 当列表的元素个数或单个元素的长度超过预设的阈值时，Redis会将底层表示从压缩列表转换为双向链表。
2. 集合 (Set): 当集合中的元素数量超过一定限制，或者集合中包含的不再是仅有整数类型的元素时，Redis会从整数集合转换到散列表。
3. 哈希 (Hash): 类似于集合，当哈希类型的字段或字段值的大小超过预设的阈值时，Redis会从压缩列表转换到散列表。
4. 有序集合（Sorted Set）:当有序集合的元素数量增加或元素的大小超过阈值时，Redis会自动将底层数据结构从压缩列表转换为跳表和字典

配置参数

Redis提供了一些配置参数，允许用户定义这些阈值，这些参数包括：

1. 哈希 (Hash):

   • hash-max-ziplist-entries 默认值为 512
   • hash-max-ziplist-value 默认值为 64 字节

2. 列表 (List):

   • list-max-ziplist-size 默认值为 -2

   • -2时，表示列表中每个元素的最大大小为8KB。如果列表中任何元素的大小超过8KB，Redis将不会使用压缩列表作为底层数据结构，而是改用其他的数据结构，如双向链表

   • list-max-ziplist-size配置允许使用负数值来表示不同的限制：

     -5 到 0: 这些负数值代表了固定的字节数限制。例如，-1表示元素最大为1字节，-2表示元素最大为8字节，依此类推，直到-5。正数值: 如果配置为正数，则表示压缩列表可以存储的元素的最大数量。

3. 集合 (Set):

   • set-max-intset-entries 默认值为 512

4. 有序集合 (Sorted Set):

   • zset-max-ziplist-entries 默认值为 128
   • zset-max-ziplist-value 默认值为 64 字节

这些参数可以在Redis配置文件中设置，或者通过CONFIG SET命令动态设置。当数据结构的实际使用超过这些配置的阈值时，Redis就会自动进行数据结构的转换，以确保数据结构的存储效率和操作性能。