【Redis_Day4】内部编码和单线程模型

redis中的数据都是以键值对的方式存的，redis内部用哈希表组织这些键值对。

五大数据类型

站在用户角度，
在一个键值对内部，键的数据类型都是String，值的数据类型有很多选择，最常用的数据类型有五个，分别是字符串(String)，哈希表(hash)，列表(list)，集合(set)，有序集合(zset)。操作不同的数据结构需要使用不同的命令。

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站在redis角度，
Redis底层在实现用户使用的五大数据结构的时候，Redis针对每种数据结构的实现都有自己的底层内部编码，而且针对一种数据结构往往有多种实现，即一种数据结构对应多个内部编码。Redis内部会在合适的场景选择合适的内部编码存储管理数据。

每种数据结构都至少有两种以上的内部编码。
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用户存储数据的时候，redis会自动选择具体用什么内部编码来保存数据，用户感知不到redis行为。比如用户存储字符串，redis中保存这个字符串的时候可能是通过raw，也可能是int，也可能是embstr。

raw，int，embstr都是String的内部编码。
- raw是最基本的字符串，一般保存较大字符串。
- 当value是一个整数的时候，redis可能就会直接用int保存value。一个int是64bit。
- embstr一般保存较短的字符串。
hashtable和ziplist都是哈希表的内部编码。
- hashtable实现了一个最基本的哈希表；
- ziplist是压缩列表，当哈希表中元素比较少的时候，redis就会把哈希表的内部实现转换成ziplist。ziplist可以节省空间，对于redis来说，如果key特别多，hash类型的value也特别多，但是每个hash类型的value又不大的情况下，通过压缩这些hash类型的value，就可以让整体键值对占用的内存更小。
redis3.2之前，linkedlist和ziplist都是列表的内部编码。
- 从redis3.2开始，引入quicklist取代了linkedlist和ziplist，quicklist同时兼顾了linkedlist和ziplist的优点，quicklist本身就是链表，每个元素又是一个ziplist。通过quicklist能节省空间和提高管理数据的效率。
hashtable和inset都是集合的内部编码。
- 如果集合中存的都是整数，集合就会被优化成inset。
skiplist和ziplist都是有序集合的内部编码
- skiplist也属于链表，但和普通链表相比，skiplist的每个结点上有多个指针域，通过巧妙搭配这些指针域的指向，可以做到在skiplist上查询元素的时间复杂度为O(logN)。

redis底层这样设计的好处：

可以改进内部编码，且对外的数据结构和命令没有任何影响，这样⼀旦开发出更优秀的内部编码，无需改动外部数据结构和命令，例如Redis3.2提供了quicklist，结合了ziplist和linkedlist两者的优势，为列表类型提供了⼀种更为优秀的内部编码实现，且对用户来说基本无感知。
多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势。例如ziplist⽐较节省内存，但是在列表元素比较多的情况下，性能会下降，这时候Redis会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为linkedlist，整个过程用户同样无感知。

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redis单线程模型不是说一个redis服务器进程内部只有一个线程。
redis单线程模型指的是redis只使用一个线程处理所有的命令请求！！！

假设多个客户端同时操作一个redis服务器，此时服务器端并不会存在类似于线程不安全的问题。redis服务器实际上是单线程模型，当多个请求同时到达redis服务器，需要在队列中排队，等待redia服务器一个一个的取出里面的命令再执行，微观上说，redis服务器是串行执行/顺序执行多个命令的。

redis能使用单线程模型很好工作，原因主要在于redis的核心业务逻辑都是短平快的，不太消耗cpu资源，假设使用多线程模型处理业务，也提升不大。所以它的弊端也很明显，如果某个操作占用redis时间太长，就会阻塞redis执行其他命令。

和关系型数据库(mysql，oracle，sqlServer)相比，redis效率高速度快的原因：

redis访问内存，关系型数据库访问硬盘。
redis的核心功能，比关系型数据库的核心功能更简单。关系型数据库对于数据库的增删改查都有更复杂的功能支持，这样的功能势必要花费更多的开销。
redis采用单线程模型，避免了一些不必要的线程竞争开销。
redis处理网络IO的时候，使用了epoll这样的IO多路复用机制。C++可以直接使用Linux原生的epoll API，java可以使用NIO（NIO是java标准库提供的一组类，该类底层封装了epoll）。