Redis篇1——Redis深度剖析：从 5 种对象到 6 大底层结构

做后端开发这么久，Redis 肯定没少用。但你有没有想过，当我们敲下 SET name "Redis" 或者 ZADD rank 100 "Player1" 时，内存里到底发生了什么？

很多人会问："Redis 底层是用 C 语言写的吗？"

答案是肯定的：是的，Redis 是由 C 语言编写的。正因为 C 语言可以直接操作内存，Redis 才能在性能上做到如此极致。

但有意思的是，Redis 并没有直接使用 C 语言自带的字符串或链表，而是自己造了一套轮子。这就引出了另一个核心概念：Redis 的"两层皮"架构。

今天我们就来聊聊 Redis 的 5 种外层数据类型 到底是如何映射到 6 种底层数据结构 上的。

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一、 为什么要有"两层皮"？

我们在写代码时，操作的是 Redis 对象（Object），也就是大家熟知的：String、List、Hash、Set、ZSet。

但在 Redis 内部，它并不会傻乎乎地只用一种方式存数据。它非常"鸡贼"（聪明），遵循一个核心原则：

数据少时，死抠内存（用紧凑型结构）；数据多时，追求速度（用索引型结构）。

所以，理解 Redis 的关键，不在于死记硬背，而在于理解这种动态切换 的逻辑。我们将底层的核心结构归纳为 6 种（如果不算被淘汰的，主要就是这 6 大金刚）。

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二、 6 大底层数据结构详解

1. SDS：简单动态字符串 (Simple Dynamic String)

• 这是什么：它是 String 类型的基石。

• 为什么要造轮子 ：C 语言原本的字符串（以 \0 结尾）有两个大毛病：一是获取长度要遍历，慢；二是容易缓冲区溢出，不安全。

• 长什么样：

  你就把它想象成一个带计数器的数组。
  Plaintext

  [ len: 5 | free: 2 | buf: "Redis\0.." ]

  它记录了当前长度 len，所以获取长度是 O(1) 的；而且它预分配了空间，防止频繁申请内存。

2. IntSet：整数集合

• 这是什么 ：当你用 SADD 往 Set 里只存整数，且数量不多时，Redis 会用这个。

• 长什么样：

  这就是一个排序好的整数数组。
  Plaintext

  [1, 5, 9, 12, 20]

  因为是有序的，查找时使用二分查找，虽然比哈希表慢一点点，但非常非常省内存，因为没有指针开销。

3. Dict：字典 (哈希表)

• 这是什么：这是 Redis 的骨架。Hash、Set、ZSet 的大数据存储都靠它。

• 长什么样：

  标准的 数组 + 链表 结构，用来解决哈希冲突。

• 它的绝活：渐进式 Rehash。

  它内部有两个哈希表 ht[0] 和 ht[1]。当需要扩容时，它不会一次性把所有数据搬过去（那样会卡死主线程），而是每次增删改查时顺手搬一点，后台再搬一点，不知不觉就完成了扩容。

4. ZipList / Listpack：压缩列表 / 紧凑列表

• 这是什么：这是 Redis 省内存的神器。

• 长什么样：

  别被"列表"两个字骗了，它在物理内存上其实是一整块连续的内存条（像数组）。
  Plaintext

  [总长度|尾偏移|元素1|元素2|元素3|结尾]

  它没有指针（指针在 64 位系统很占地），而是直接挨着存数据。

• 重要更新：

  • ZipList：老版本用的，有个致命缺陷叫"连锁更新"（改一个元素长度，后面全得跟着改）。

  • Listpack ：Redis 7.0 引入的接班人。结构类似，但去掉了导致连锁更新的字段。现在新版 Redis 里的 Hash 和 ZSet 小数据底层都换成这个了。

5. QuickList：快速列表

• 这是什么：List（列表）对象的专用底层。

• 长什么样：

  它是"链表"和"压缩列表"的混血儿。

  普通的链表指针太多太费内存，ZipList 太长了插入又慢。QuickList 就在中间取了个平衡：

  宏观上是一个双向链表，但链表的每个节点里，存的不是一个数据，而是一整块 ZipList/Listpack。

6. SkipList：跳表

• 这是什么：ZSet（有序集合）的灵魂。

• 长什么样：

  你可以把它理解为**"多层级的高速公路"**。

  普通链表查找要从头遍历。跳表在链表上面加了几层索引（Level）。

  • L3: 1 -> 50 -> 100

  • L2: 1 -> 10 -> 20 -> ... -> 50

  • L1: 1 -> 2 -> 3 -> ...

    查找时，先走上层大步跳跃，快到了再下层精细查找。效率直逼二叉树，但实现简单得多。

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三、 终极映射：对象 vs 结构

了解了这 6 大结构，我们最后把它们和 5 大对象对应起来，这就是面试的满分答案：

如果你用这个命令...	数据少/小时 (省内存)	数据多/大时 (高性能)
String (SET)	int (纯数字)	SDS
List (LPUSH)	QuickList	QuickList
Hash (HSET)	Listpack (旧:ZipList)	Dict
Set (SADD)	IntSet	Dict
ZSet (ZADD)	Listpack (旧:ZipList)	Dict + SkipList

总结一下

Redis 的设计哲学其实就两句话：

1. 能省则省：数据少的时候，用连续内存（Listpack, IntSet），没有指针开销。

2. 该快则快：数据多的时候，上重型索引（Dict, SkipList），保证高并发下的响应速度。

搞懂了这 6 种结构和这种动态切换的逻辑，Redis 的底层对你来说就是透明的了。