redis数据类型与底层数据结构-redis6与redis7的区别

redis数据类型与底层数据结构

文档

官方文档

官网操作命令指南页面：https://redis.io/docs/latest/commands/?name=get&group=string
Redis cluster specification

说明

redis7版本：7.0.0
redis6版本：6.0.19

redis数据类型与底层数据结构

Redis 6 与 Redis 7 底层数据结构对比

数据类型	Redis 6 底层实现	Redis 7 底层实现
String (字符串)	SDS (int / embstr / raw)	SDS (int / embstr / raw)
Hash (哈希)	ziplist + hashtable	listpack + hashtable
List (列表)	quicklist + ziplist	quicklist + listpack
Set (集合)	intset + hashtable	intset + listpack + hashtable
ZSet (有序集合)	ziplist + skiplist + dict	listpack + skiplist + dict

Redis 6 与 Redis 7 在底层数据结构上的最大区别在于：Redis 7 全面引入了 listpack（紧凑列表）来替代 ziplist（压缩列表） ，以解决原有的性能瓶颈， ziplist 的"连锁更新"卡顿问题。

存在不同底层数据结构的原因

String 类型的三种编码：
- int ：当值可以转换为 long 型整数时使用，直接在指针中存储数值，节省内存。
- embstr ：当字符串长度 ≤ 44 字节时使用。它将 redisObject 和 SDS 分配在同一块连续内存中，只需一次内存分配，减少内存碎片。
- raw ：当字符串长度 > 44 字节时使用。redisObject 和 SDS 分开分配内存，适合存储超长字符串。
List / Hash / ZSet 等集合类型的演进（ziplist 到 listpack）：
- 在 Redis 6 及以前，当集合元素较少且值较小时，会使用 ziplist（压缩列表）来节省内存。但 ziplist 存在致命的级联更新（Cascade Update）缺陷：当某个节点数据扩容超过 254 字节时，会导致后续所有节点的长度记录字段重新分配空间，引发连锁反应，阻塞主线程造成性能卡顿。
- Redis 7 的革命性升级 ：用 listpack（紧凑列表）全面替代 ziplist。listpack 不再记录上一个节点的长度，而是记录当前节点的长度，节点之间互不影响，彻底消除了级联更新问题，大幅提升了高并发写入时的性能和稳定性。
Set 类型的特殊处理：
- 当集合中全为整数且数量较少时，使用 intset（整数集合）以有序数组的形式存储，极大节省内存。

SDS 与传统 C 字符串的区别

在 Redis 中，为了追求极致的性能和内存利用率，并没有直接使用 C 语言原生的字符串，而是自己设计了 SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串） 。同时，针对不同的数据场景，Redis 在底层设计了 int、embstr、raw 三种灵活的编码方式。

传统的 C 语言字符串本质上是一个以空字符 \0 结尾的字符数组，这种设计在 Redis 这种高性能内存数据库中存在诸多缺陷。SDS 在此基础上进行了深度优化，主要区别如下：

获取长度的时间复杂度
- C 字符串：没有记录自身长度，获取长度必须遍历整个数组，时间复杂度为 O(n) 。
- SDS ：内部维护了 len 属性来记录已使用的字节数，获取长度只需直接读取该属性，时间复杂度为 O(1)。
杜绝缓冲区溢出
- C 字符串：在进行字符串拼接或修改时，如果忘记重新分配足够的空间，极易发生内存溢出，覆盖相邻内存的数据。
- SDS：API 是安全的。在执行修改操作前，SDS 会首先检查当前空间是否满足需求，如果不满足会自动进行动态扩展，完全杜绝了缓冲区溢出的问题。
减少内存重分配次数
- C 字符串：每次修改字符串长度，都必然需要执行内存重分配。
- SDS ：采用了空间预分配 和惰性空间释放 策略。例如，当修改后长度小于 1MB 时，SDS 会分配与当前长度相同的额外未使用空间（free 属性）；当长度大于等于 1MB 时，每次多预留 1MB。这使得后续的追加操作大概率不需要重新分配内存，极大提升了性能。
二进制安全
- C 字符串 ：以 \0 作为结束标识，因此字符串内部不能包含 \0，只能保存文本数据。
- SDS ：使用 len 属性来确定字符串的实际长度，不依赖空字符终止符。因此 SDS 能够存储包括图片、序列化对象在内的任意二进制数据。

底层实现示例及查询验证命令

String 类型 (Redis 6、7)

int(Redis 6、7)：存储纯整数

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> SET my_int 12345
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_int
"int"

embstr(Redis 6、7)：存储长度 ≤ 44 字节的短字符串

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> SET my_short_str "hello_world"
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_short_str
"embstr"

raw(Redis 6、7)：存储长度 > 44 字节的长字符串

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> SET my_long_str "This is a very long string that exceeds forty-four bytes limit"
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_long_str
"raw"

Hash 类型

listpack(Redis 7)：元素数量 < 512 且单值 ≤ 64 字节

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> HSET user:100 name "Alice" age "25"
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING user:100
"listpack"

ziplist (Redis 6)：元素数量 < 512 且单值 ≤ 64 字节

shell 复制代码

127.0.0.1:16379> HSET user:100 name "Alice" age "25"
(integer) 2
127.0.0.1:16379> OBJECT ENCODING user:100
"ziplist"

hashtable(Redis 6、7)：元素数量 ≥ 512 或单值＞ 64 字节

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> HSET user:100 description "This is a very long string value that is exactly sixty-five bytes long."
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING user:100
"hashtable"

List 类型

quicklist(Redis 6、7)

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> RPUSH my_list "item1" "item2" "item3"
(integer) 3
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_list
"quicklist"

Set 类型

intset(Redis 6、7)：所有元素均为整数，且元素数量 < 512

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> SADD my_int_set 10 20 30
(integer) 3
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_int_set
"intset"

hashtable(Redis 6、7)：包含非整数元素，或元素数量 ≥ 512

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> SADD my_str_set "apple" "banana"
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_str_set
"hashtable"

ZSet 类型

listpack (Redis 7)：元素数量 ≤ 128 且单值 ≤ 64 字节

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> ZADD my_zset 1.0 "member1" 2.0 "member2"
(integer) 2
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_zset
"listpack"

ziplist (Redis 6)：元素数量 ≤ 128 且单值 ≤ 64 字节

shell 复制代码

127.0.0.1:16379> ZADD my_zset 1.0 "member1" 2.0 "member2"
(integer) 2
127.0.0.1:16379> OBJECT ENCODING my_zset
"ziplist"

skiplist(Redis 6、7)：元素数量 > 128 或单值＞ 64 字节

shell 复制代码

127.0.0.1:6379> ZADD my_zset 2.0 "1234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234a"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING my_zset
"skiplist"

参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV13R4y1v7sP

注意事项

部分内容由AI生成
如有不对，欢迎指正！！！