原文：https://mp.weixin.qq.com/s/mwCfqjhgqU98LR315GZTpg

前言

Redis是目前最火爆的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)之一，通過(guò)在內(nèi)存中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，大大提高了讀寫(xiě)速度，可以說(shuō)Redis是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站高并發(fā)不可或缺的一部分。

我們使用Redis時(shí)，會(huì)接觸Redis的5種對(duì)象類型（字符串、哈希蹄咖、列表、集合付鹿、有序集合）澜汤，豐富的類型是Redis相對(duì)于Memcached等的一大優(yōu)勢(shì)。在了解Redis的5種對(duì)象類型的用法和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上舵匾，進(jìn)一步了解Redis的內(nèi)存模型俊抵，對(duì)Redis的使用有很大幫助，例如：

1坐梯、估算Redis內(nèi)存使用量徽诲。目前為止，內(nèi)存的使用成本仍然相對(duì)較高吵血，使用內(nèi)存不能無(wú)所顧忌谎替；根據(jù)需求合理的評(píng)估Redis的內(nèi)存使用量，選擇合適的機(jī)器配置蹋辅，可以在滿足需求的情況下節(jié)約成本钱贯。

2、優(yōu)化內(nèi)存占用晕翠。了解Redis內(nèi)存模型可以選擇更合適的數(shù)據(jù)類型和編碼喷舀，更好的利用Redis內(nèi)存。

3淋肾、分析解決問(wèn)題硫麻。當(dāng)Redis出現(xiàn)阻塞、內(nèi)存占用等問(wèn)題時(shí)樊卓，盡快發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致問(wèn)題的原因拿愧，便于分析解決問(wèn)題。

這篇文章主要介紹Redis的內(nèi)存模型（以3.0為例）碌尔，包括Redis占用內(nèi)存的情況及如何查詢浇辜、不同的對(duì)象類型在內(nèi)存中的編碼方式、內(nèi)存分配器(jemalloc)唾戚、簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串(SDS)柳洋、RedisObject等；然后在此基礎(chǔ)上介紹幾個(gè)Redis內(nèi)存模型的應(yīng)用叹坦。

在后面的文章中熊镣，會(huì)陸續(xù)介紹關(guān)于Redis高可用的內(nèi)容，包括主從復(fù)制募书、哨兵绪囱、集群等等，歡迎關(guān)注莹捡。

目錄

一鬼吵、Redis內(nèi)存統(tǒng)計(jì)
二、Redis內(nèi)存劃分
1篮赢、數(shù)據(jù)（或者稱為對(duì)象）
2齿椅、進(jìn)程本身運(yùn)行需要的內(nèi)存
3、緩沖內(nèi)存
4启泣、內(nèi)存碎片
三媒咳、Redis數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)
1、概述
2种远、jemalloc
3涩澡、redisObject
4、SDS
四坠敷、Redis的對(duì)象類型與內(nèi)部編碼
1妙同、字符串
2、列表
3膝迎、哈希
4粥帚、集合
5、有序集合
五限次、應(yīng)用舉例
1芒涡、估算Redis內(nèi)存使用量
2柴灯、優(yōu)化內(nèi)存占用
3、關(guān)注內(nèi)存碎片率

一费尽、Redis內(nèi)存統(tǒng)計(jì)

工欲善其事必先利其器赠群，在說(shuō)明Redis內(nèi)存之前首先說(shuō)明如何統(tǒng)計(jì)Redis使用內(nèi)存的情況。

在客戶端通過(guò)redis-cli連接服務(wù)器后（后面如無(wú)特殊說(shuō)明旱幼，客戶端一律使用redis-cli）查描，通過(guò)info命令可以查看內(nèi)存使用情況：

info memory

其中，info命令可以顯示redis服務(wù)器的許多信息柏卤，包括服務(wù)器基本信息冬三、CPU、內(nèi)存缘缚、持久化勾笆、客戶端連接信息等等；memory是參數(shù)桥滨，表示只顯示內(nèi)存相關(guān)的信息匠襟。

返回結(jié)果中比較重要的幾個(gè)說(shuō)明如下：

（1）used_memory：Redis分配器分配的內(nèi)存總量（單位是字節(jié)），包括使用的虛擬內(nèi)存（即swap）该园；Redis分配器后面會(huì)介紹酸舍。used_memory_human只是顯示更友好。

（2）used_memory_rss：Redis進(jìn)程占據(jù)操作系統(tǒng)的內(nèi)存（單位是字節(jié)）里初，與top及ps命令看到的值是一致的啃勉；除了分配器分配的內(nèi)存之外，used_memory_rss還包括進(jìn)程運(yùn)行本身需要的內(nèi)存双妨、內(nèi)存碎片等淮阐，但是不包括虛擬內(nèi)存。

因此刁品，used_memory和used_memory_rss泣特，前者是從Redis角度得到的量，后者是從操作系統(tǒng)角度得到的量挑随。二者之所以有所不同状您，一方面是因?yàn)閮?nèi)存碎片和Redis進(jìn)程運(yùn)行需要占用內(nèi)存，使得前者可能比后者小兜挨，另一方面虛擬內(nèi)存的存在膏孟，使得前者可能比后者大。

由于在實(shí)際應(yīng)用中拌汇，Redis的數(shù)據(jù)量會(huì)比較大柒桑，此時(shí)進(jìn)程運(yùn)行占用的內(nèi)存與Redis數(shù)據(jù)量和內(nèi)存碎片相比，都會(huì)小得多噪舀；因此used_memory_rss和used_memory的比例魁淳，便成了衡量Redis內(nèi)存碎片率的參數(shù)飘诗；這個(gè)參數(shù)就是mem_fragmentation_ratio。

（3）mem_fragmentation_ratio：內(nèi)存碎片比率界逛，該值是used_memory_rss / used_memory的比值昆稿。

mem_fragmentation_ratio一般大于1，且該值越大仇奶，內(nèi)存碎片比例越大。mem_fragmentation_ratio<1比驻，說(shuō)明Redis使用了虛擬內(nèi)存该溯，由于虛擬內(nèi)存的媒介是磁盤，比內(nèi)存速度要慢很多别惦，當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)狈茉，應(yīng)該及時(shí)排查，如果內(nèi)存不足應(yīng)該及時(shí)處理掸掸，如增加Redis節(jié)點(diǎn)氯庆、增加Redis服務(wù)器的內(nèi)存、優(yōu)化應(yīng)用等扰付。

一般來(lái)說(shuō)堤撵，mem_fragmentation_ratio在1.03左右是比較健康的狀態(tài)（對(duì)于jemalloc來(lái)說(shuō)）；上面截圖中的mem_fragmentation_ratio值很大羽莺，是因?yàn)檫€沒(méi)有向Redis中存入數(shù)據(jù)实昨，Redis進(jìn)程本身運(yùn)行的內(nèi)存使得used_memory_rss 比used_memory大得多。

（4）mem_allocator：Redis使用的內(nèi)存分配器盐固，在編譯時(shí)指定荒给；可以是 libc 、jemalloc或者tcmalloc刁卜，默認(rèn)是jemalloc志电；截圖中使用的便是默認(rèn)的jemalloc。

二蛔趴、Redis內(nèi)存劃分

Redis作為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)挑辆，在內(nèi)存中存儲(chǔ)的內(nèi)容主要是數(shù)據(jù)（鍵值對(duì)）；通過(guò)前面的敘述可以知道孝情，除了數(shù)據(jù)以外之拨，Redis的其他部分也會(huì)占用內(nèi)存。

Redis的內(nèi)存占用主要可以劃分為以下幾個(gè)部分：

1咧叭、數(shù)據(jù)

作為數(shù)據(jù)庫(kù)蚀乔，數(shù)據(jù)是最主要的部分；這部分占用的內(nèi)存會(huì)統(tǒng)計(jì)在used_memory中菲茬。

Redis使用鍵值對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)吉挣，其中的值（對(duì)象）包括5種類型派撕，即字符串、哈希睬魂、列表终吼、集合、有序集合氯哮。這5種類型是Redis對(duì)外提供的际跪，實(shí)際上，在Redis內(nèi)部喉钢，每種類型可能有2種或更多的內(nèi)部編碼實(shí)現(xiàn)姆打；此外，Redis在存儲(chǔ)對(duì)象時(shí)肠虽，并不是直接將數(shù)據(jù)扔進(jìn)內(nèi)存幔戏，而是會(huì)對(duì)對(duì)象進(jìn)行各種包裝：如redisObject、SDS等税课；這篇文章后面將重點(diǎn)介紹Redis中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)闲延。

2、進(jìn)程本身運(yùn)行需要的內(nèi)存

Redis主進(jìn)程本身運(yùn)行肯定需要占用內(nèi)存韩玩，如代碼垒玲、常量池等等；這部分內(nèi)存大約幾兆找颓，在大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境中與Redis數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存相比可以忽略侍匙。這部分內(nèi)存不是由jemalloc分配，因此不會(huì)統(tǒng)計(jì)在used_memory中叮雳。

補(bǔ)充說(shuō)明：除了主進(jìn)程外想暗，Redis創(chuàng)建的子進(jìn)程運(yùn)行也會(huì)占用內(nèi)存，如Redis執(zhí)行AOF帘不、RDB重寫(xiě)時(shí)創(chuàng)建的子進(jìn)程说莫。當(dāng)然剑梳，這部分內(nèi)存不屬于Redis進(jìn)程砾隅，也不會(huì)統(tǒng)計(jì)在used_memory和used_memory_rss中。

3释移、緩沖內(nèi)存

緩沖內(nèi)存包括客戶端緩沖區(qū)捣郊、復(fù)制積壓緩沖區(qū)辽狈、AOF緩沖區(qū)等；其中呛牲，客戶端緩沖存儲(chǔ)客戶端連接的輸入輸出緩沖刮萌；復(fù)制積壓緩沖用于部分復(fù)制功能；AOF緩沖區(qū)用于在進(jìn)行AOF重寫(xiě)時(shí)娘扩，保存最近的寫(xiě)入命令着茸。在了解相應(yīng)功能之前壮锻，不需要知道這些緩沖的細(xì)節(jié)；這部分內(nèi)存由jemalloc分配涮阔，因此會(huì)統(tǒng)計(jì)在used_memory中猜绣。

4、內(nèi)存碎片

內(nèi)存碎片是Redis在分配敬特、回收物理內(nèi)存過(guò)程中產(chǎn)生的掰邢。例如，如果對(duì)數(shù)據(jù)的更改頻繁伟阔，而且數(shù)據(jù)之間的大小相差很大辣之，可能導(dǎo)致redis釋放的空間在物理內(nèi)存中并沒(méi)有釋放，但redis又無(wú)法有效利用减俏，這就形成了內(nèi)存碎片召烂。內(nèi)存碎片不會(huì)統(tǒng)計(jì)在used_memory中碱工。

內(nèi)存碎片的產(chǎn)生與對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的操作娃承、數(shù)據(jù)的特點(diǎn)等都有關(guān)；此外怕篷，與使用的內(nèi)存分配器也有關(guān)系：如果內(nèi)存分配器設(shè)計(jì)合理历筝，可以盡可能的減少內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。后面將要說(shuō)到的jemalloc便在控制內(nèi)存碎片方面做的很好廊谓。

如果Redis服務(wù)器中的內(nèi)存碎片已經(jīng)很大梳猪，可以通過(guò)安全重啟的方式減小內(nèi)存碎片：因?yàn)橹貑⒅螅琑edis重新從備份文件中讀取數(shù)據(jù)蒸痹，在內(nèi)存中進(jìn)行重排春弥，為每個(gè)數(shù)據(jù)重新選擇合適的內(nèi)存單元，減小內(nèi)存碎片叠荠。

三匿沛、Redis數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)

1、概述

關(guān)于Redis數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)榛鼎，涉及到內(nèi)存分配器（如jemalloc）逃呼、簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串（SDS）、5種對(duì)象類型及內(nèi)部編碼者娱、redisObject抡笼。在講述具體內(nèi)容之前，先說(shuō)明一下這幾個(gè)概念之間的關(guān)系黄鳍。

下圖是執(zhí)行set hello world時(shí)推姻，所涉及到的數(shù)據(jù)模型。

圖片來(lái)源：https://searchdatabase.techtarget.com.cn/7-20218/

（1）dictEntry：Redis是Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)框沟，因此對(duì)每個(gè)鍵值對(duì)都會(huì)有一個(gè)dictEntry拾碌，里面存儲(chǔ)了指向Key和Value的指針吐葱；next指向下一個(gè)dictEntry，與本Key-Value無(wú)關(guān)校翔。

（2）Key：圖中右上角可見(jiàn)弟跑，Key（”hello”）并不是直接以字符串存儲(chǔ)，而是存儲(chǔ)在SDS結(jié)構(gòu)中防症。

（3）redisObject：Value(“world”)既不是直接以字符串存儲(chǔ)孟辑，也不是像Key一樣直接存儲(chǔ)在SDS中，而是存儲(chǔ)在redisObject中蔫敲。實(shí)際上饲嗽，不論Value是5種類型的哪一種，都是通過(guò)redisObject來(lái)存儲(chǔ)的奈嘿；而redisObject中的type字段指明了Value對(duì)象的類型貌虾，ptr字段則指向?qū)ο笏诘牡刂贰２贿^(guò)可以看出裙犹，字符串對(duì)象雖然經(jīng)過(guò)了redisObject的包裝尽狠，但仍然需要通過(guò)SDS存儲(chǔ)。

實(shí)際上叶圃，redisObject除了type和ptr字段以外袄膏，還有其他字段圖中沒(méi)有給出，如用于指定對(duì)象內(nèi)部編碼的字段掺冠；后面會(huì)詳細(xì)介紹沉馆。

（4）jemalloc：無(wú)論是DictEntry對(duì)象，還是redisObject德崭、SDS對(duì)象斥黑，都需要內(nèi)存分配器（如jemalloc）分配內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)。以DictEntry對(duì)象為例眉厨，有3個(gè)指針組成锌奴，在64位機(jī)器下占24個(gè)字節(jié)，jemalloc會(huì)為它分配32字節(jié)大小的內(nèi)存單元缺猛。

下面來(lái)分別介紹jemalloc缨叫、redisObject、SDS荔燎、對(duì)象類型及內(nèi)部編碼耻姥。

2、jemalloc

Redis在編譯時(shí)便會(huì)指定內(nèi)存分配器有咨；內(nèi)存分配器可以是 libc 琐簇、jemalloc或者tcmalloc，默認(rèn)是jemalloc。

jemalloc作為Redis的默認(rèn)內(nèi)存分配器婉商，在減小內(nèi)存碎片方面做的相對(duì)比較好似忧。jemalloc在64位系統(tǒng)中，將內(nèi)存空間劃分為小丈秩、大盯捌、巨大三個(gè)范圍；每個(gè)范圍內(nèi)又劃分了許多小的內(nèi)存塊單位蘑秽；當(dāng)Redis存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)饺著，會(huì)選擇大小最合適的內(nèi)存塊進(jìn)行存儲(chǔ)。

jemalloc劃分的內(nèi)存單元如下圖所示：

圖片來(lái)源：http://blog.csdn.net/zhengpeitao/article/details/76573053

例如肠牲，如果需要存儲(chǔ)大小為130字節(jié)的對(duì)象幼衰，jemalloc會(huì)將其放入160字節(jié)的內(nèi)存單元中。

3缀雳、redisObject

前面說(shuō)到渡嚣，Redis對(duì)象有5種類型；無(wú)論是哪種類型肥印，Redis都不會(huì)直接存儲(chǔ)识椰，而是通過(guò)redisObject對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)。

redisObject對(duì)象非常重要竖独，Redis對(duì)象的類型裤唠、內(nèi)部編碼挤牛、內(nèi)存回收莹痢、共享對(duì)象等功能，都需要redisObject支持墓赴，下面將通過(guò)redisObject的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明它是如何起作用的竞膳。

redisObject的定義如下（不同版本的Redis可能稍稍有所不同）：

typedef struct redisObject {
　　unsigned type:4;
　　unsigned encoding:4;
　　unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
　　int refcount;
　　void *ptr;
} robj;

redisObject的每個(gè)字段的含義和作用如下：

（1）type

type字段表示對(duì)象的類型，占4個(gè)比特诫硕；目前包括REDIS_STRING(字符串)坦辟、REDIS_LIST (列表)、REDIS_HASH(哈希)章办、REDIS_SET(集合)锉走、REDIS_ZSET(有序集合)。

當(dāng)我們執(zhí)行type命令時(shí)藕届，便是通過(guò)讀取RedisObject的type字段獲得對(duì)象的類型挪蹭；如下圖所示：

（2）encoding

encoding表示對(duì)象的內(nèi)部編碼，占4個(gè)比特休偶。

對(duì)于Redis支持的每種類型梁厉，都有至少兩種內(nèi)部編碼，例如對(duì)于字符串踏兜，有int词顾、embstr八秃、raw三種編碼。通過(guò)encoding屬性肉盹，Redis可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)景來(lái)為對(duì)象設(shè)置不同的編碼昔驱，大大提高了Redis的靈活性和效率。以列表對(duì)象為例上忍，有壓縮列表和雙端鏈表兩種編碼方式舍悯；如果列表中的元素較少，Redis傾向于使用壓縮列表進(jìn)行存儲(chǔ)睡雇，因?yàn)閴嚎s列表占用內(nèi)存更少萌衬，而且比雙端鏈表可以更快載入；當(dāng)列表對(duì)象元素較多時(shí)它抱，壓縮列表就會(huì)轉(zhuǎn)化為更適合存儲(chǔ)大量元素的雙端鏈表秕豫。

通過(guò)object encoding命令，可以查看對(duì)象采用的編碼方式观蓄，如下圖所示：

5種對(duì)象類型對(duì)應(yīng)的編碼方式以及使用條件混移，將在后面介紹。

（3）lru

lru記錄的是對(duì)象最后一次被命令程序訪問(wèn)的時(shí)間侮穿，占據(jù)的比特?cái)?shù)不同的版本有所不同（如4.0版本占24比特歌径，2.6版本占22比特）。

通過(guò)對(duì)比lru時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間亲茅，可以計(jì)算某個(gè)對(duì)象的空轉(zhuǎn)時(shí)間回铛；object idletime命令可以顯示該空轉(zhuǎn)時(shí)間（單位是秒）。object idletime命令的一個(gè)特殊之處在于它不改變對(duì)象的lru值克锣。

lru值除了通過(guò)object idletime命令打印之外茵肃，還與Redis的內(nèi)存回收有關(guān)系：如果Redis打開(kāi)了maxmemory選項(xiàng)，且內(nèi)存回收算法選擇的是volatile-lru或allkeys—lru袭祟，那么當(dāng)Redis內(nèi)存占用超過(guò)maxmemory指定的值時(shí)验残，Redis會(huì)優(yōu)先選擇空轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng)的對(duì)象進(jìn)行釋放。

（4）refcount

refcount與共享對(duì)象

refcount記錄的是該對(duì)象被引用的次數(shù)巾乳，類型為整型您没。refcount的作用，主要在于對(duì)象的引用計(jì)數(shù)和內(nèi)存回收胆绊。當(dāng)創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)氨鹏，refcount初始化為1；當(dāng)有新程序使用該對(duì)象時(shí)辑舷，refcount加1喻犁；當(dāng)對(duì)象不再被一個(gè)新程序使用時(shí)，refcount減1；當(dāng)refcount變?yōu)?時(shí)肢础，對(duì)象占用的內(nèi)存會(huì)被釋放还栓。

Redis中被多次使用的對(duì)象(refcount>1)，稱為共享對(duì)象传轰。Redis為了節(jié)省內(nèi)存剩盒，當(dāng)有一些對(duì)象重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，新的程序不會(huì)創(chuàng)建新的對(duì)象慨蛙，而是仍然使用原來(lái)的對(duì)象辽聊。這個(gè)被重復(fù)使用的對(duì)象，就是共享對(duì)象期贫。目前共享對(duì)象僅支持整數(shù)值的字符串對(duì)象跟匆。

共享對(duì)象的具體實(shí)現(xiàn)

Redis的共享對(duì)象目前只支持整數(shù)值的字符串對(duì)象。之所以如此通砍，實(shí)際上是對(duì)內(nèi)存和CPU（時(shí)間）的平衡：共享對(duì)象雖然會(huì)降低內(nèi)存消耗玛臂，但是判斷兩個(gè)對(duì)象是否相等卻需要消耗額外的時(shí)間。對(duì)于整數(shù)值封孙，判斷操作復(fù)雜度為O(1)迹冤；對(duì)于普通字符串，判斷復(fù)雜度為O(n)虎忌；而對(duì)于哈希泡徙、列表、集合和有序集合膜蠢，判斷的復(fù)雜度為O(n^2)堪藐。

雖然共享對(duì)象只能是整數(shù)值的字符串對(duì)象，但是5種類型都可能使用共享對(duì)象（如哈希狡蝶、列表等的元素可以使用）庶橱。

就目前的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)贮勃，Redis服務(wù)器在初始化時(shí)贪惹，會(huì)創(chuàng)建10000個(gè)字符串對(duì)象，值分別是0_{9999的整數(shù)值寂嘉；當(dāng)Redis需要使用值為0}9999的字符串對(duì)象時(shí)奏瞬，可以直接使用這些共享對(duì)象。10000這個(gè)數(shù)字可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)REDIS_SHARED_INTEGERS（4.0中是OBJ_SHARED_INTEGERS）的值進(jìn)行改變泉孩。

共享對(duì)象的引用次數(shù)可以通過(guò)object refcount命令查看硼端，如下圖所示。命令執(zhí)行的結(jié)果頁(yè)佐證了只有0~9999之間的整數(shù)會(huì)作為共享對(duì)象寓搬。

（5）ptr

ptr指針指向具體的數(shù)據(jù)珍昨，如前面的例子中，set hello world，ptr指向包含字符串world的SDS镣典。

（6）總結(jié)

綜上所述兔毙，redisObject的結(jié)構(gòu)與對(duì)象類型、編碼兄春、內(nèi)存回收澎剥、共享對(duì)象都有關(guān)系；一個(gè)redisObject對(duì)象的大小為16字節(jié)：

4bit+4bit+24bit+4Byte+8Byte=16Byte赶舆。

4哑姚、SDS

Redis沒(méi)有直接使用C字符串(即以空字符’\0’結(jié)尾的字符數(shù)組)作為默認(rèn)的字符串表示，而是使用了SDS芜茵。SDS是簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串(Simple Dynamic String)的縮寫(xiě)叙量。

（1）SDS結(jié)構(gòu)

sds的結(jié)構(gòu)如下：

struct sdshdr {
    int len;
    int free;
    char buf[];
};

其中，buf表示字節(jié)數(shù)組九串，用來(lái)存儲(chǔ)字符串宛乃；len表示buf已使用的長(zhǎng)度，free表示buf未使用的長(zhǎng)度蒸辆。下面是兩個(gè)例子征炼。

圖片來(lái)源：《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

通過(guò)SDS的結(jié)構(gòu)可以看出，buf數(shù)組的長(zhǎng)度=free+len+1（其中1表示字符串結(jié)尾的空字符）躬贡；所以谆奥，一個(gè)SDS結(jié)構(gòu)占據(jù)的空間為：free所占長(zhǎng)度+len所占長(zhǎng)度+ buf數(shù)組的長(zhǎng)度=4+4+free+len+1=free+len+9。

（2）SDS與C字符串的比較

SDS在C字符串的基礎(chǔ)上加入了free和len字段拂玻，帶來(lái)了很多好處：

• 獲取字符串長(zhǎng)度：SDS是O(1)酸些，C字符串是O(n)
• 緩沖區(qū)溢出：使用C字符串的API時(shí)，如果字符串長(zhǎng)度增加（如strcat操作）而忘記重新分配內(nèi)存檐蚜，很容易造成緩沖區(qū)的溢出魄懂；而SDS由于記錄了長(zhǎng)度，相應(yīng)的API在可能造成緩沖區(qū)溢出時(shí)會(huì)自動(dòng)重新分配內(nèi)存闯第，杜絕了緩沖區(qū)溢出市栗。
• 修改字符串時(shí)內(nèi)存的重分配：對(duì)于C字符串，如果要修改字符串咳短，必須要重新分配內(nèi)存（先釋放再申請(qǐng)）填帽，因?yàn)槿绻麤](méi)有重新分配，字符串長(zhǎng)度增大時(shí)會(huì)造成內(nèi)存緩沖區(qū)溢出咙好，字符串長(zhǎng)度減小時(shí)會(huì)造成內(nèi)存泄露篡腌。而對(duì)于SDS，由于可以記錄len和free勾效，因此解除了字符串長(zhǎng)度和空間數(shù)組長(zhǎng)度之間的關(guān)聯(lián)嘹悼，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化：空間預(yù)分配策略（即分配內(nèi)存時(shí)比實(shí)際需要的多）使得字符串長(zhǎng)度增大時(shí)重新分配內(nèi)存的概率大大減信迅Α；惰性空間釋放策略使得字符串長(zhǎng)度減小時(shí)重新分配內(nèi)存的概率大大減小杨伙。
• 存取二進(jìn)制數(shù)據(jù)：SDS可以合溺，C字符串不可以。因?yàn)镃字符串以空字符作為字符串結(jié)束的標(biāo)識(shí)缀台，而對(duì)于一些二進(jìn)制文件（如圖片等）棠赛，內(nèi)容可能包括空字符串，因此C字符串無(wú)法正確存忍鸥睛约；而SDS以字符串長(zhǎng)度len來(lái)作為字符串結(jié)束標(biāo)識(shí)，因此沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題哲身。

此外辩涝，由于SDS中的buf仍然使用了C字符串（即以’\0’結(jié)尾），因此SDS可以使用C字符串庫(kù)中的部分函數(shù)勘天；但是需要注意的是怔揩，只有當(dāng)SDS用來(lái)存儲(chǔ)文本數(shù)據(jù)時(shí)才可以這樣使用，在存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)則不行（’\0’不一定是結(jié)尾）脯丝。

（3）SDS與C字符串的應(yīng)用

Redis在存儲(chǔ)對(duì)象時(shí)商膊，一律使用SDS代替C字符串。例如set hello world命令宠进，hello和world都是以SDS的形式存儲(chǔ)的晕拆。而sadd myset member1 member2 member3命令，不論是鍵（”myset”）材蹬，還是集合中的元素（”member1”实幕、 ”member2”和”member3”），都是以SDS的形式存儲(chǔ)堤器。除了存儲(chǔ)對(duì)象昆庇，SDS還用于存儲(chǔ)各種緩沖區(qū)。

只有在字符串不會(huì)改變的情況下闸溃，如打印日志時(shí)整吆，才會(huì)使用C字符串。

四圈暗、Redis的對(duì)象類型與內(nèi)部編碼

前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)掂为，Redis支持5種對(duì)象類型，而每種結(jié)構(gòu)都有至少兩種編碼员串；這樣做的好處在于：一方面接口與實(shí)現(xiàn)分離，當(dāng)需要增加或改變內(nèi)部編碼時(shí)昼扛，用戶使用不受影響寸齐，另一方面可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景切換內(nèi)部編碼欲诺，提高效率。

Redis各種對(duì)象類型支持的內(nèi)部編碼如下圖所示(圖中版本是Redis3.0渺鹦，Redis后面版本中又增加了內(nèi)部編碼扰法，略過(guò)不提；本章所介紹的內(nèi)部編碼都是基于3.0的)：

圖片來(lái)源：《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

關(guān)于Redis內(nèi)部編碼的轉(zhuǎn)換毅厚，都符合以下規(guī)律：編碼轉(zhuǎn)換在****Redis****寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)完成塞颁，且轉(zhuǎn)換過(guò)程不可逆，只能從小內(nèi)存編碼向大內(nèi)存編碼轉(zhuǎn)換吸耿。

1祠锣、字符串

（1）概況

字符串是最基礎(chǔ)的類型，因?yàn)樗械逆I都是字符串類型咽安，且字符串之外的其他幾種復(fù)雜類型的元素也是字符串伴网。

字符串長(zhǎng)度不能超過(guò)512MB。

（2）內(nèi)部編碼

字符串類型的內(nèi)部編碼有3種妆棒，它們的應(yīng)用場(chǎng)景如下：

• int：8個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)整型澡腾。字符串值是整型時(shí)，這個(gè)值使用long整型表示糕珊。
• embstr：<=39字節(jié)的字符串动分。embstr與raw都使用redisObject和sds保存數(shù)據(jù)，區(qū)別在于红选，embstr的使用只分配一次內(nèi)存空間（因此redisObject和sds是連續(xù)的）刺啦，而raw需要分配兩次內(nèi)存空間（分別為redisObject和sds分配空間）。因此與raw相比纠脾，embstr的好處在于創(chuàng)建時(shí)少分配一次空間玛瘸，刪除時(shí)少釋放一次空間，以及對(duì)象的所有數(shù)據(jù)連在一起苟蹈，尋找方便糊渊。而embstr的壞處也很明顯，如果字符串的長(zhǎng)度增加需要重新分配內(nèi)存時(shí)慧脱，整個(gè)redisObject和sds都需要重新分配空間渺绒，因此redis中的embstr實(shí)現(xiàn)為只讀。
• raw：大于39個(gè)字節(jié)的字符串

示例如下圖所示：

embstr和raw進(jìn)行區(qū)分的長(zhǎng)度菱鸥，是39宗兼；是因?yàn)閞edisObject的長(zhǎng)度是16字節(jié)，sds的長(zhǎng)度是9+字符串長(zhǎng)度氮采；因此當(dāng)字符串長(zhǎng)度是39時(shí)殷绍，embstr的長(zhǎng)度正好是16+9+39=64，jemalloc正好可以分配64字節(jié)的內(nèi)存單元鹊漠。

（3）編碼轉(zhuǎn)換

當(dāng)int數(shù)據(jù)不再是整數(shù)主到，或大小超過(guò)了long的范圍時(shí)茶行，自動(dòng)轉(zhuǎn)化為raw。

而對(duì)于embstr登钥，由于其實(shí)現(xiàn)是只讀的畔师，因此在對(duì)embstr對(duì)象進(jìn)行修改時(shí)，都會(huì)先轉(zhuǎn)化為raw再進(jìn)行修改牧牢，因此看锉，只要是修改embstr對(duì)象，修改后的對(duì)象一定是raw的塔鳍，無(wú)論是否達(dá)到了39個(gè)字節(jié)伯铣。示例如下圖所示：

2、列表

（1）概況

列表（list）用來(lái)存儲(chǔ)多個(gè)有序的字符串献幔，每個(gè)字符串稱為元素懂傀；一個(gè)列表可以存儲(chǔ)2^32-1個(gè)元素。Redis中的列表支持兩端插入和彈出蜡感，并可以獲得指定位置（或范圍）的元素蹬蚁，可以充當(dāng)數(shù)組、隊(duì)列郑兴、棧等犀斋。

（2）內(nèi)部編碼

列表的內(nèi)部編碼可以是壓縮列表（ziplist）或雙端鏈表（linkedlist）。

雙端鏈表：由一個(gè)list結(jié)構(gòu)和多個(gè)listNode結(jié)構(gòu)組成情连；典型結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖片來(lái)源：《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

通過(guò)圖中可以看出叽粹，雙端鏈表同時(shí)保存了表頭指針和表尾指針，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有指向前和指向后的指針却舀；鏈表中保存了列表的長(zhǎng)度虫几；dup、free和match為節(jié)點(diǎn)值設(shè)置類型特定函數(shù)挽拔，所以鏈表可以用于保存各種不同類型的值辆脸。而鏈表中每個(gè)節(jié)點(diǎn)指向的是type為字符串的redisObject。

壓縮列表：壓縮列表是Redis為了節(jié)約內(nèi)存而開(kāi)發(fā)的螃诅，是由一系列特殊編碼的連續(xù)內(nèi)存塊(而不是像雙端鏈表一樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)是指針)組成的順序型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)啡氢；具體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，略术裸。與雙端鏈表相比倘是，壓縮列表可以節(jié)省內(nèi)存空間，但是進(jìn)行修改或增刪操作時(shí)袭艺，復(fù)雜度較高搀崭；因此當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少時(shí)，可以使用壓縮列表匹表；但是節(jié)點(diǎn)數(shù)量多時(shí)门坷，還是使用雙端鏈表劃算宣鄙。

壓縮列表不僅用于實(shí)現(xiàn)列表袍镀，也用于實(shí)現(xiàn)哈希默蚌、有序列表；使用非常廣泛苇羡。

（3）編碼轉(zhuǎn)換

只有同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí)绸吸，才會(huì)使用壓縮列表：列表中元素?cái)?shù)量小于512個(gè)；列表中所有字符串對(duì)象都不足64字節(jié)设江。如果有一個(gè)條件不滿足锦茁，則使用雙端列表；且編碼只可能由壓縮列表轉(zhuǎn)化為雙端鏈表叉存，反方向則不可能码俩。

下圖展示了列表編碼轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)：

其中，單個(gè)字符串不能超過(guò)64字節(jié)歼捏，是為了便于統(tǒng)一分配每個(gè)節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度稿存；這里的64字節(jié)是指字符串的長(zhǎng)度，不包括SDS結(jié)構(gòu)瞳秽，因?yàn)閴嚎s列表使用連續(xù)瓣履、定長(zhǎng)內(nèi)存塊存儲(chǔ)字符串，不需要SDS結(jié)構(gòu)指明長(zhǎng)度练俐。后面提到壓縮列表袖迎，也會(huì)強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)度不超過(guò)64字節(jié)，原理與這里類似腺晾。

3燕锥、哈希

（1）概況

哈希（作為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），不僅是redis對(duì)外提供的5種對(duì)象類型的一種（與字符串悯蝉、列表归形、集合、有序結(jié)合并列）泉粉，也是Redis作為Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)连霉。為了說(shuō)明的方便，在本文后面當(dāng)使用“內(nèi)層的哈衔嗣遥”時(shí)跺撼，代表的是redis對(duì)外提供的5種對(duì)象類型的一種；使用“外層的哈咸直耍”代指Redis作為Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)歉井。

（2）內(nèi)部編碼

內(nèi)層的哈希使用的內(nèi)部編碼可以是壓縮列表（ziplist）和哈希表（hashtable）兩種；Redis的外層的哈希則只使用了hashtable哈误。

壓縮列表前面已介紹哩至。與哈希表相比躏嚎，壓縮列表用于元素個(gè)數(shù)少、元素長(zhǎng)度小的場(chǎng)景菩貌；其優(yōu)勢(shì)在于集中存儲(chǔ)卢佣，節(jié)省空間；同時(shí)箭阶，雖然對(duì)于元素的操作復(fù)雜度也由O(1)變?yōu)榱薕(n)虚茶，但由于哈希中元素?cái)?shù)量較少，因此操作的時(shí)間并沒(méi)有明顯劣勢(shì)仇参。

hashtable：一個(gè)hashtable由1個(gè)dict結(jié)構(gòu)嘹叫、2個(gè)dictht結(jié)構(gòu)、1個(gè)dictEntry指針數(shù)組（稱為bucket）和多個(gè)dictEntry結(jié)構(gòu)組成诈乒。

正常情況下（即hashtable沒(méi)有進(jìn)行rehash時(shí)）各部分關(guān)系如下圖所示：

圖片改編自：《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

下面從底層向上依次介紹各個(gè)部分：

dictEntry

dictEntry結(jié)構(gòu)用于保存鍵值對(duì)罩扇，結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct dictEntry{
    void *key;
    union{
        void *val;
        uint64_tu64;
        int64_ts64;
    }v;
    struct dictEntry *next;
}dictEntry;

其中，各個(gè)屬性的功能如下：

• key：鍵值對(duì)中的鍵怕磨；
• val：鍵值對(duì)中的值喂饥，使用union(即共用體)實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)的內(nèi)容既可能是一個(gè)指向值的指針癌压，也可能是64位整型仰泻，或無(wú)符號(hào)64位整型；
• next：指向下一個(gè)dictEntry滩届，用于解決哈希沖突問(wèn)題

在64位系統(tǒng)中集侯，一個(gè)dictEntry對(duì)象占24字節(jié)（key/val/next各占8字節(jié)）。

bucket

bucket是一個(gè)數(shù)組帜消，數(shù)組的每個(gè)元素都是指向dictEntry結(jié)構(gòu)的指針棠枉。redis中bucket數(shù)組的大小計(jì)算規(guī)則如下：大于dictEntry的、最小的2^n泡挺；例如辈讶，如果有1000個(gè)dictEntry，那么bucket大小為1024娄猫；如果有1500個(gè)dictEntry贱除，則bucket大小為2048。

dictht

dictht結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct dictht{
    dictEntry *table;
    unsigned long size;
    unsigned long sizemask;
    unsigned long used;
}dictht;

其中媳溺，各個(gè)屬性的功能說(shuō)明如下：

• table屬性是一個(gè)指針月幌，指向bucket；
• size屬性記錄了哈希表的大小悬蔽，即bucket的大谐短伞；
• used記錄了已使用的dictEntry的數(shù)量；
• sizemask屬性的值總是為size-1录语，這個(gè)屬性和哈希值一起決定一個(gè)鍵在table中存儲(chǔ)的位置倍啥。

dict

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用dictht和dictEntry結(jié)構(gòu)澎埠，便可以實(shí)現(xiàn)普通哈希表的功能虽缕；但是Redis的實(shí)現(xiàn)中，在dictht結(jié)構(gòu)的上層失暂，還有一個(gè)dict結(jié)構(gòu)彼宠。下面說(shuō)明dict結(jié)構(gòu)的定義及作用鳄虱。

dict結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct dict{
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    int trehashidx;
} dict;

其中弟塞，type屬性和privdata屬性是為了適應(yīng)不同類型的鍵值對(duì)，用于創(chuàng)建多態(tài)字典拙已。

ht屬性和trehashidx屬性則用于rehash决记，即當(dāng)哈希表需要擴(kuò)展或收縮時(shí)使用。ht是一個(gè)包含兩個(gè)項(xiàng)的數(shù)組倍踪，每項(xiàng)都指向一個(gè)dictht結(jié)構(gòu)系宫，這也是Redis的哈希會(huì)有1個(gè)dict、2個(gè)dictht結(jié)構(gòu)的原因建车。通常情況下扩借，所有的數(shù)據(jù)都是存在放dict的ht[0]中，ht[1]只在rehash的時(shí)候使用缤至。dict進(jìn)行rehash操作的時(shí)候潮罪，將ht[0]中的所有數(shù)據(jù)rehash到ht[1]中。然后將ht[1]賦值給ht[0]领斥，并清空ht[1]嫉到。

因此，Redis中的哈希之所以在dictht和dictEntry結(jié)構(gòu)之外還有一個(gè)dict結(jié)構(gòu)月洛，一方面是為了適應(yīng)不同類型的鍵值對(duì)何恶，另一方面是為了rehash。

（3）編碼轉(zhuǎn)換

如前所述嚼黔，Redis中內(nèi)層的哈希既可能使用哈希表细层，也可能使用壓縮列表。

只有同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí)唬涧，才會(huì)使用壓縮列表：哈希中元素?cái)?shù)量小于512個(gè)疫赎；哈希中所有鍵值對(duì)的鍵和值字符串長(zhǎng)度都小于64字節(jié)。如果有一個(gè)條件不滿足爵卒，則使用哈希表虚缎；且編碼只可能由壓縮列表轉(zhuǎn)化為哈希表，反方向則不可能。

下圖展示了Redis內(nèi)層的哈希編碼轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)：

4实牡、集合

（1）概況

集合（set）與列表類似陌僵，都是用來(lái)保存多個(gè)字符串效五，但集合與列表有兩點(diǎn)不同：集合中的元素是無(wú)序的合陵，因此不能通過(guò)索引來(lái)操作元素躲株；集合中的元素不能有重復(fù)怀樟。

一個(gè)集合中最多可以存儲(chǔ)2^32-1個(gè)元素贱田；除了支持常規(guī)的增刪改查诀浪，Redis還支持多個(gè)集合取交集剖淀、并集俺驶、差集纲堵。

（2）內(nèi)部編碼

集合的內(nèi)部編碼可以是整數(shù)集合（intset）或哈希表（hashtable）巡雨。

哈希表前面已經(jīng)講過(guò)，這里略過(guò)不提席函；需要注意的是铐望，集合在使用哈希表時(shí)，值全部被置為null茂附。

整數(shù)集合的結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct intset{
    uint32_t encoding;
    uint32_t length;
    int8_t contents[];
} intset;

其中正蛙，encoding代表contents中存儲(chǔ)內(nèi)容的類型，雖然contents（存儲(chǔ)集合中的元素）是int8_t類型营曼，但實(shí)際上其存儲(chǔ)的值是int16_t乒验、int32_t或int64_t，具體的類型便是由encoding決定的蒂阱；length表示元素個(gè)數(shù)锻全。

整數(shù)集合適用于集合所有元素都是整數(shù)且集合元素?cái)?shù)量較小的時(shí)候，與哈希表相比蒜危，整數(shù)集合的優(yōu)勢(shì)在于集中存儲(chǔ)虱痕，節(jié)省空間；同時(shí)辐赞，雖然對(duì)于元素的操作復(fù)雜度也由O(1)變?yōu)榱薕(n)部翘，但由于集合數(shù)量較少，因此操作的時(shí)間并沒(méi)有明顯劣勢(shì)响委。

（3）編碼轉(zhuǎn)換

只有同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí)新思，集合才會(huì)使用整數(shù)集合：集合中元素?cái)?shù)量小于512個(gè)；集合中所有元素都是整數(shù)值赘风。如果有一個(gè)條件不滿足夹囚，則使用哈希表；且編碼只可能由整數(shù)集合轉(zhuǎn)化為哈希表邀窃，反方向則不可能荸哟。

下圖展示了集合編碼轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)：

image

5、有序集合

（1）概況

有序集合與集合一樣，元素都不能重復(fù)鞍历；但與集合不同的是舵抹，有序集合中的元素是有順序的。與列表使用索引下標(biāo)作為排序依據(jù)不同劣砍，有序集合為每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)分?jǐn)?shù)（score）作為排序依據(jù)惧蛹。

（2）內(nèi)部編碼

有序集合的內(nèi)部編碼可以是壓縮列表（ziplist）或跳躍表（skiplist）。ziplist在列表和哈希中都有使用刑枝，前面已經(jīng)講過(guò)香嗓，這里略過(guò)不提。

跳躍表是一種有序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)装畅，通過(guò)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中維持多個(gè)指向其他節(jié)點(diǎn)的指針靠娱，從而達(dá)到快速訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)的目的。除了跳躍表洁灵，實(shí)現(xiàn)有序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的另一種典型實(shí)現(xiàn)是平衡樹(shù)饱岸；大多數(shù)情況下，跳躍表的效率可以和平衡樹(shù)媲美徽千，且跳躍表實(shí)現(xiàn)比平衡樹(shù)簡(jiǎn)單很多，因此redis中選用跳躍表代替平衡樹(shù)汤锨。跳躍表支持平均O(logN)双抽、最壞O(N)的復(fù)雜點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)查找，并支持順序操作闲礼。Redis的跳躍表實(shí)現(xiàn)由zskiplist和zskiplistNode兩個(gè)結(jié)構(gòu)組成：前者用于保存跳躍表信息（如頭結(jié)點(diǎn)牍汹、尾節(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)度等）柬泽，后者用于表示跳躍表節(jié)點(diǎn)慎菲。具體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，略锨并。

（3）編碼轉(zhuǎn)換

只有同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí)露该，才會(huì)使用壓縮列表：有序集合中元素?cái)?shù)量小于128個(gè)；有序集合中所有成員長(zhǎng)度都不足64字節(jié)第煮。如果有一個(gè)條件不滿足解幼，則使用跳躍表；且編碼只可能由壓縮列表轉(zhuǎn)化為跳躍表包警，反方向則不可能撵摆。

下圖展示了有序集合編碼轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)：

image

五、應(yīng)用舉例

了解Redis的內(nèi)存模型之后害晦，下面通過(guò)幾個(gè)例子說(shuō)明其應(yīng)用特铝。

1、估算Redis內(nèi)存使用量

要估算redis中的數(shù)據(jù)占據(jù)的內(nèi)存大小，需要對(duì)redis的內(nèi)存模型有比較全面的了解鲫剿，包括前面介紹的hashtable痒芝、sds、redisobject牵素、各種對(duì)象類型的編碼方式等严衬。

下面以最簡(jiǎn)單的字符串類型來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

假設(shè)有90000個(gè)鍵值對(duì)笆呆，每個(gè)key的長(zhǎng)度是7個(gè)字節(jié)请琳，每個(gè)value的長(zhǎng)度也是7個(gè)字節(jié)（且key和value都不是整數(shù)）；下面來(lái)估算這90000個(gè)鍵值對(duì)所占用的空間赠幕。在估算占據(jù)空間之前俄精，首先可以判定字符串類型使用的編碼方式：embstr。

90000個(gè)鍵值對(duì)占據(jù)的內(nèi)存空間主要可以分為兩部分：一部分是90000個(gè)dictEntry占據(jù)的空間榕堰；一部分是鍵值對(duì)所需要的bucket空間竖慧。

每個(gè)dictEntry占據(jù)的空間包括：

1. 一個(gè)dictEntry，24字節(jié)逆屡，jemalloc會(huì)分配32字節(jié)的內(nèi)存塊

2. 一個(gè)key圾旨，7字節(jié)，所以SDS(key)需要7+9=16個(gè)字節(jié)魏蔗，jemalloc會(huì)分配16字節(jié)的內(nèi)存塊

3. 一個(gè)redisObject砍的，16字節(jié)，jemalloc會(huì)分配16字節(jié)的內(nèi)存塊

4. 一個(gè)value莺治，7字節(jié)廓鞠，所以SDS(value)需要7+9=16個(gè)字節(jié)，jemalloc會(huì)分配16字節(jié)的內(nèi)存塊

5. 綜上谣旁，一個(gè)dictEntry需要32+16+16+16=80個(gè)字節(jié)床佳。

bucket空間：bucket數(shù)組的大小為大于90000的最小的2^n，是131072榄审；每個(gè)bucket元素為8字節(jié)（因?yàn)?4位系統(tǒng)中指針大小為8字節(jié)）砌们。

因此，可以估算出這90000個(gè)鍵值對(duì)占據(jù)的內(nèi)存大小為：9000080 + 1310728 = 8248576瘟判。

下面寫(xiě)個(gè)程序在redis中驗(yàn)證一下：

public class RedisTest {
 
　　public static Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
 
　　public static void main(String[] args) throws Exception{
　　　　Long m1 = Long.valueOf(getMemory());
　　　　insertData();
　　　　Long m2 = Long.valueOf(getMemory());
　　　　System.out.println(m2 - m1);
　　}
 
　　public static void insertData(){
　　　　for(int i = 10000; i < 100000; i++){
　　　　　　jedis.set("aa" + i, "aa" + i); //key和value長(zhǎng)度都是7字節(jié)怨绣，且不是整數(shù)
　　　　}
　　}
 
　　public static String getMemory(){
　　　　String memoryAllLine = jedis.info("memory");
　　　　String usedMemoryLine = memoryAllLine.split("\r\n")[1];
　　　　String memory = usedMemoryLine.substring(usedMemoryLine.indexOf(':') + 1);
　　　　return memory;
　　}
}

運(yùn)行結(jié)果：8247552

理論值與結(jié)果值誤差在萬(wàn)分之1.2，對(duì)于計(jì)算需要多少內(nèi)存來(lái)說(shuō)拷获，這個(gè)精度已經(jīng)足夠了篮撑。之所以會(huì)存在誤差，是因?yàn)樵谖覀儾迦?0000條數(shù)據(jù)之前redis已分配了一定的bucket空間匆瓜，而這些bucket空間尚未使用赢笨。

作為對(duì)比將key和value的長(zhǎng)度由7字節(jié)增加到8字節(jié)未蝌，則對(duì)應(yīng)的SDS變?yōu)?7個(gè)字節(jié)，jemalloc會(huì)分配32個(gè)字節(jié)茧妒，因此每個(gè)dictEntry占用的字節(jié)數(shù)也由80字節(jié)變?yōu)?12字節(jié)萧吠。此時(shí)估算這90000個(gè)鍵值對(duì)占據(jù)內(nèi)存大小為：90000112 + 1310728 = 11128576。

在redis中驗(yàn)證代碼如下（只修改插入數(shù)據(jù)的代碼）：

public static void insertData(){
　　for(int i = 10000; i < 100000; i++){
　　　　jedis.set("aaa" + i, "aaa" + i); //key和value長(zhǎng)度都是8字節(jié)桐筏，且不是整數(shù)
　　}
}

運(yùn)行結(jié)果：11128576纸型；估算準(zhǔn)確。

對(duì)于字符串類型之外的其他類型梅忌，對(duì)內(nèi)存占用的估算方法是類似的狰腌，需要結(jié)合具體類型的編碼方式來(lái)確定。

2牧氮、優(yōu)化內(nèi)存占用

了解redis的內(nèi)存模型琼腔，對(duì)優(yōu)化redis內(nèi)存占用有很大幫助。下面介紹幾種優(yōu)化場(chǎng)景踱葛。

（1）利用jemalloc特性進(jìn)行優(yōu)化

上一小節(jié)所講述的90000個(gè)鍵值便是一個(gè)例子丹莲。由于jemalloc分配內(nèi)存時(shí)數(shù)值是不連續(xù)的，因此key/value字符串變化一個(gè)字節(jié)尸诽，可能會(huì)引起占用內(nèi)存很大的變動(dòng)甥材；在設(shè)計(jì)時(shí)可以利用這一點(diǎn)。

例如逊谋，如果key的長(zhǎng)度如果是8個(gè)字節(jié)擂达，則SDS為17字節(jié)，jemalloc分配32字節(jié)胶滋；此時(shí)將key長(zhǎng)度縮減為7個(gè)字節(jié)，則SDS為16字節(jié)悲敷，jemalloc分配16字節(jié)究恤；則每個(gè)key所占用的空間都可以縮小一半。

（2）使用整型/長(zhǎng)整型

如果是整型/長(zhǎng)整型后德，Redis會(huì)使用int類型（8字節(jié)）存儲(chǔ)來(lái)代替字符串部宿，可以節(jié)省更多空間。因此在可以使用長(zhǎng)整型/整型代替字符串的場(chǎng)景下瓢湃，盡量使用長(zhǎng)整型/整型理张。

（3）共享對(duì)象

利用共享對(duì)象，可以減少對(duì)象的創(chuàng)建（同時(shí)減少了redisObject的創(chuàng)建）绵患，節(jié)省內(nèi)存空間雾叭。目前redis中的共享對(duì)象只包括10000個(gè)整數(shù)（0-9999）；可以通過(guò)調(diào)整REDIS_SHARED_INTEGERS參數(shù)提高共享對(duì)象的個(gè)數(shù)落蝙；例如將REDIS_SHARED_INTEGERS調(diào)整到20000织狐，則0-19999之間的對(duì)象都可以共享暂幼。

考慮這樣一種場(chǎng)景：論壇網(wǎng)站在redis中存儲(chǔ)了每個(gè)帖子的瀏覽數(shù)，而這些瀏覽數(shù)絕大多數(shù)分布在0-20000之間移迫，這時(shí)候通過(guò)適當(dāng)增大REDIS_SHARED_INTEGERS參數(shù)旺嬉，便可以利用共享對(duì)象節(jié)省內(nèi)存空間。

（4）避免過(guò)度設(shè)計(jì)

然而需要注意的是厨埋，不論是哪種優(yōu)化場(chǎng)景邪媳，都要考慮內(nèi)存空間與設(shè)計(jì)復(fù)雜度的權(quán)衡；而設(shè)計(jì)復(fù)雜度會(huì)影響到代碼的復(fù)雜度荡陷、可維護(hù)性雨效。

如果數(shù)據(jù)量較小，那么為了節(jié)省內(nèi)存而使得代碼的開(kāi)發(fā)亲善、維護(hù)變得更加困難并不劃算设易；還是以前面講到的90000個(gè)鍵值對(duì)為例，實(shí)際上節(jié)省的內(nèi)存空間只有幾MB蛹头。但是如果數(shù)據(jù)量有幾千萬(wàn)甚至上億顿肺，考慮內(nèi)存的優(yōu)化就比較必要了。

3渣蜗、關(guān)注內(nèi)存碎片率

內(nèi)存碎片率是一個(gè)重要的參數(shù)屠尊，對(duì)redis 內(nèi)存的優(yōu)化有重要意義。

如果內(nèi)存碎片率過(guò)高（jemalloc在1.03左右比較正常）耕拷，說(shuō)明內(nèi)存碎片多讼昆，內(nèi)存浪費(fèi)嚴(yán)重；這時(shí)便可以考慮重啟redis服務(wù)骚烧，在內(nèi)存中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重排浸赫，減少內(nèi)存碎片。

如果內(nèi)存碎片率小于1赃绊，說(shuō)明redis內(nèi)存不足既峡，部分?jǐn)?shù)據(jù)使用了虛擬內(nèi)存（即swap）；由于虛擬內(nèi)存的存取速度比物理內(nèi)存差很多（2-3個(gè)數(shù)量級(jí)）碧查，此時(shí)redis的訪問(wèn)速度可能會(huì)變得很慢运敢。因此必須設(shè)法增大物理內(nèi)存（可以增加服務(wù)器節(jié)點(diǎn)數(shù)量，或提高單機(jī)內(nèi)存）忠售，或減少redis中的數(shù)據(jù)传惠。

要減少redis中的數(shù)據(jù)，除了選用合適的數(shù)據(jù)類型稻扬、利用共享對(duì)象等卦方，還有一點(diǎn)是要設(shè)置合理的數(shù)據(jù)回收策略（maxmemory-policy），當(dāng)內(nèi)存達(dá)到一定量后腐螟，根據(jù)不同的優(yōu)先級(jí)對(duì)內(nèi)存進(jìn)行回收愿汰。