【Redis】1-高效的数据结构P3-压缩列表与对象

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在前面两篇中，我们已经了解了跳表的预存、hash表的渐进扩容、String sds的预留空间、延迟释放、intset的极致内存利用、set的动态转换。

本篇我们继续了解压缩列表与对象。

压缩列表

压缩列表（ziplist）是列表键和哈希键的底层实现之一。

当一个列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么Redis就会使用压缩列表来做列表键的底层实现。

压缩列表是一种节约内存而开发的顺序型数据结构。

对象

Redis的对象系统实现了基于“引用计数计数”的内存回收机制，当程序不再使用某个对象的时候，对象所占用的内存就会被自动释放。
Redis还通过计数计数实现了对象共享机制，这一机制可以在适当的条件下，通过让多个数据库键共享同一个对象来节约内存。
最后，Redis的对象带有访问时间记录信息，该信息可以用于计算数据库键的空转时长，在服务器启用了maxmemory功能的情况下，空转时长较大的那些键可能会优先被服务器删除。

这个时间信息可以用于Redis的LRU(Least Recently Used)。

• Redis LRU简单流程概述
  Redis 的 LRU 是近似 LRU (Approximate LRU)。它并不为所有键维护一个全局的、精确排序的链表（这在数百万甚至数十亿键的规模下开销太大）。相反，当需要淘汰时，Redis 会随机采样一小部分键（数量由 maxmemory-samples 配置，默认为 5），然后从这批样本中淘汰掉空转时间最长（lru 字段值最小） 的那个键。

Redis 的近似 LRU 较 LinkedHashMap 通过指针操作（元素上浮 / 移动）来实现 LRU 的方式，开销更小。它通过记录时间、采样计算的方式来进行 LRU。虽然只能做到近似效果，但是可以极大节省内存开销。

另外Redis还有LFU(Least Frequently Used) 淘汰访问频率最低的，Random 随机淘汰，noeviction 不淘汰、ttl 淘汰剩余生存时间最短的。这个时间信息lru字段可以复用以支持其他策略。

• Redis LFU
  lru 字段被分为两部分：8 位的对数频率计数器 + 16 位的上次递减时间（分钟精度）。
  访问时，基于概率增加计数器（频率越高，增加概率越低）。淘汰时，同样进行采样，移除样本中频率计数器最小的键。计数器会随时间衰减（基于上次递减时间和当前时间），防止旧热点数据永不淘汰。

LFU可以更好地识别热点键，但实现相对复杂，对于访问模式剧烈变化的场景可能响应稍慢。

共享对象

为了节省内存，Redis 对一些常用的短字符串（特别是数字转换成的字符串）和小的集合对象（在特定编码下）会进行共享。例如，多个键可能都引用值为整数 “10” 的字符串表示，Redis 不会为每个键都创建一份 “10” 的字符串对象，而是让它们共享同一个 redisObject。

Redis会共享值为0到9999的字符串对象。

内存回收

Redis构建了一个引用计数 reference counting用于实现内存回收机制。
机制通过每个对象设置引用计数信息refcount实现。当有指正指向共享对象时，refcount++。不再指向时，refcount–。为0时，共享对象没有被引用，可以被回收（通常是调用底层的内存分配器如zfree()）。