Part 1: redisObject robj

definitions

针对原字节流，Redis内部根据不同场景，结合 sds 进行不同的 object 构造。而 object 模块就是“工厂模式”下，二进制字节流的消费者，以及 Redis server 中对象 redisObject(robj) 的生产者。

type 域

robj 内部元素的类型。这个类型的定义就是实际的 redis 的数据类型。如下所示。Redis 支持的数据类型，实际还另外包含一些基本类型。如 dictEntry 中定义的：

如上图，当数据为 u64,s64,double等，可能会采用基础的数据类型，否则采用 val 域指针，指向一个实际的 robj

encoding 域

encoding 是针对不同 type，Redis 内部进行不同的数据进行编码组织。比如前文所述中的，hash 类型，内部编码含两种，ziplist 以及 hash。

当 type 为 hash 时, encoding 可能的取值如下：

OBJ_ENCODING_HT

OBJ_ENCODING_ZIPLIST

当 type 为 set 时, encoding 可能的取值如下：

OBJ_ENCODING_INTSET

OBJ_ENCODING_HT

当 type 为 OBJ_STRING 时, encoding 可能的取值如下：

OBJ_ENCODING_RAW

OBJ_ENCODING_EMBSTR

refcount 域

refcount 是守护域。 对 redisObject 进行守护，自动管理一个 robj 自身以及内部 ptr 的内存，如果是堆区内存，会进行相应释放操作，包含针对不同 type 以及不同 encoding ptr 对象进行 dcor 的操作。

lru 域

lru 是呼应的是 redis 内部的 maxmemory policy 策略 域。redis 内部有另外一个模块，专门处理这个策略，进行 redis 中 key 值的淘汰: evcit 模块。

淘汰主要是两个策略：

1. LRU (Least recently used) 最近最少使用，如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高。

2. LFU (Least frequently used) 最不经常使用，如果一个数据在最近一段时间内使用次数很少，那么在将来一段时间内被使用的可能性也很小。

共计 24 bit，

LFU 下：

低 8 bit:  使用率，就是访问次数

高 16 bit: touch 访问的时间，单位是 time() 返回值/60 得到的分钟数

LRU:

gettimeofday 返回值 换算成 秒。

ptr 域

robj 中的实际类型，结合 type + encoding，便可提取其精确值。

redis 中的 string object

type: OBJ_STRING

1. encoding: OBJ_ENCODING_EMBSTR

当 所需创建的 string 长度 低于 44(含) 个字节，那么将采用这种编码方式进行存储，实际内部存储的是 sdshdr8 类型的数据，并且，此时整个的 robj 包含内部所携带的 sds 对象 都是 连续内存。

比如，长度为 5 个字符的”hello”，robj的总长度以及内存布局如下：

当存储 5 个字节长度”hello”字符串，封装成 robj 为 25 个字节长度的连续内存。

2. encoding: OBJ_ENCODING_RAW

分档：

0. 44B，已经被排除

1. < 256 B, 不带 = 号，因为 需要 + \0 结束符，不能超标。此时采用 sdshdr8 类型

2. 256 B <= target < 65536 B (64 KB), 采用 sdshdr16 类型 (这个已经足矣)

3. 65536B <= target < (1 << 32) = 4GB, 采用 sdshdr32 类型(最多可达4GB内存)

Part 2: sds

sds 是 Redis 内部对 C-style 风格字符串进行内存管理的库。内部提供了一套较为友好的 C-API 便于开发人员使用。

鉴于 Redis 内部多数情况下都是对字符串的操作。

无论是 key 值， string 类型的 value 值， hash 数据的 field 以及 field 对应的 value 等等。都是 string 类型。 而且针对各类 value 值，其都是动态变化的。

definitions

1. __attribute__ ((__packed__))  表示 去除 C 语言 struct 定义中的对齐以及补齐操作。

2. len: 表示当前实际使用的数量

3. alloc: 实际申请的数量

4. flags: 类型，标志该结构的体的类型，只使用低位3个bit。类型值如右上图所示

5. buf[]: C语言中结构体的特殊用法，实现中，不占用内存，sizeof 计算该结构体长度

申请实际返回的是 buf 指针，头指针，采用 C 语言的特殊语法：

sdshdr64 * hdr = (sdshdr64*)buf[0 – sizeof(sdshdr64)];

hdr_len = sizeof(sdshdr64);

static inline void FunctionDefinition() {}:

头文件中实现函数定义，规避 multiple definition的做法，并且申请内联，一定程度上优化代码执行效率。

另外，sds 模块还是用了C语言编译器预处理时双 ”#” 的粘连特性。

内存: (Unix环境高级编程)

ISO C 的三种方式

malloc: 分配指定自己的存储区。内部初始值不确定。参数为需要申请的内存大小 ，返回新申请内存的首地址 void *。如果出错，如OOM，返回NULL

calloc: 为指定长度的对象分配存储空间。申请的空间，每一个 bit 都会被置 0.

realloc: 增加或减少以前分配去的长度。当增加长度时，可能需要将以前分配区的内容移动到一个足够大的区域，以便在尾端提供增加的区域，而新增区域的初始值则不确定。

其中 realloc 以及 free 中的 ptr, 必须是 malloc, calloc, realloc 的返回值。

C++ 中：

void * p = (ClassObject*)malloc(sizeof(ClassObject));

ClassObject * inst = new (p) ClassObject;  // 原址构造

注意 free(p);

jemalloc 与 Google 提供的 TCMalloc

SDS 提供的类型，

type 类型

针对不同的类型，在SDS 内部都会额外的申请一部分的结构体头，记录了一些有用的信息。

主要有

1. flags 域:  类型域，固定占用一个字节，取用的方式是  sds 的对象 s, 取前一个字节  s[-1].

2. len 域: 实际的存储的字符串的长度。不包含 \0 终止符。

3. alloc 域: 实际申请的总长度，这个总长度，不包含 1. 尾部 \0, 2. 头 实际就是 sizeof(buf) - 1.

len 与 alloc 的获取方式，与 flags 不同。

flags 域是可以直接取用的。但是 len 与 alloc 是不可以的。

需要 根据 flags 域的类型，往前移动对应长度的距离后，取整个长度的头指针，类型强转之后，直接成员访问方式取用即可。

sdshdr5:

1. type: SDS_TYPE_5

2. hdr 长度 1

3. 能够hold的数据最长长度 32 (2的5次方)

4. 无 len 与 alloc 域

5. 长度 len 存储在 flags 高 5 bit， 低 3 bit 存储的是类型。

6. 由于无 alloc 域，去 available的时候，直接返回 0.

当用户层直接采用 长度小于 32，并且大于 0 的字符串，则会采用该种数据类型进行存储。

sdshdr8:

1. type: SDS_TYPE_8

2. hdr 长度 3

3. 能够hold的数据最长长度 256 (2的8次方)

其总长度  是  hdr 长度 + alloc 长度 + \0 终止符

当需要存储的数据长度 大于 32 小于 256，系统默认采用这种数据结构进行存储。

首次使用的时候，len 与 alloc 都采用的是实际有效数据的长度。

sdshdr16:

1. type: SDS_TYPE_16

2. hdr 长度 5

3. 能够hold的数据最长长度 65536 (2的16次方) 即 64K

其总长度  是  hdr 长度 + alloc 长度 + \0 终止符

当需要存储的数据长度 大于 256 小于 65536 (64K)，系统默认采用这种数据结构进行存储。

首次使用的时候，len 与 alloc 都采用的是实际有效数据的长度。

sdshdr32:

1. type: SDS_TYPE_32

2. hdr 长度 9

3. 能够hold的数据最长长度 4G (2的32次方)

其总长度  是  hdr 长度 + alloc 长度 + \0 终止符

当需要存储的数据长度 大于 65536 小于 4G，系统默认采用这种数据结构进行存储。

首次使用的时候，len 与 alloc 都采用的是实际有效数据的长度。

sds 提供的功能汇总

1. SDS 自身提供了 len 域，提供了对内部持有数据长度进行 O(1) 级别的访问

2. SDS 的访问，第一尾部保持了一个 \0，第二len与记录长度，所以相比原始 C-style 字符串，sds安全性更高

3. 延迟释放：由于持有 len 以及 alloc，不立即释放内存，而是直接减小len值

4. 扩容机制：

当内部 available 的内存够用，则无需释放原有内存，申请新内存

当内部 available 不够用，首先查看 hdr 类型，如果不变，则 realloc，否则才会free原有内存，然后malloc新内存

5. 另外，redis 内部对内存库在编译期间有选项控制，用户可根据需要进行选择(Jemalloc,TCMalloc)

redis 对 sds 进行了面向对象式的封装，其功能有了一定程度的提升，但是，相比标准 C++ 的 std::string 类型仍旧略显逊色(个人感觉)，尤其相比 C++ 的 move 语义。