Redis缓存到底是怎么存数据的？那些你可能没注意到的存储秘密揭秘

Redis缓存到底是怎么存数据的？那些你可能没注意到的存储秘密揭秘

我们平时用Redis，都知道它快，像一个大号的内存Map，set、get命令用起来很简单，但你有没有想过，当你执行一个set name "张三"后，Redis在内部到底做了什么？这个“张三”是怎么被存起来，又是怎么被飞快找到的？今天我们就来揭开这些平时被封装好的秘密。

第一层秘密：不仅仅是简单的键值对，而是“对象”

你以为Redis存的就是简单的字符串？不是的，根据Redis官方文档和多位资深开发者的解读，Redis为了效率和功能，将所有数据都封装成了“对象”，当你存入一个字符串“张三”时，Redis会创建一个叫做“RedisObject”的东西。

这个对象就像是一个包装盒,里面有几个非常重要的信息：

• type（类型）： 标明盒子里装的是什么类型的值，比如是字符串（string）、列表（list）、哈希（hash）等,这解释了为什么Redis能区分不同的数据类型。
• encoding（编码）： 这是最核心的秘密之一！它标明了这个值在底层真正是用哪种数据结构存储的，同样是字符串，可能用一种叫“embstr”的简单方式存，也可能用“raw”方式存，一个列表，可能用链表（linkedlist），也可能用压缩列表（ziplist）来存。
• ptr（指针）： 这是一个指向实际存储数据的内存地址的指针，它指向了存有“张三”这两个字的内存位置。

这种设计的好处非常巧妙：它让Redis变得极其灵活，比如当一个哈希表中的元素很少时，Redis会用更节省内存的“压缩列表”来存；当元素变多时，它会自动转换成效率更高的“哈希表”结构，而这一切对使用者是完全透明的，你用的还是同一个hset和hget命令，这种动态切换编码的能力,是Redis在速度和空间之间取得完美平衡的关键。

第二层秘密：键和值是如何被管理起来的？——数据库字典

现在我们知道每个值都是一个“对象”了，Redis是如何管理成千上万个键和这些“对象”的对应关系的呢？答案是：一个巨大的“字典”（或者说哈希表）。

你可以把这个字典想象成一本书的目录,这本书就是Redis的整个内存数据空间。

• 键（Key）： name”,它就是目录里的一个词条。
• 值（Value）： 也就是我们上面说的那个“RedisObject”,它是词条对应的页码和具体内容。

当你查询get name时，Redis就相当于在翻这本字典的目录，它会对键“name”计算一个哈希值，然后直接定位到这本书的大概位置，再稍微查找一下就能找到对应的“页码”（也就是指向“RedisObject”的指针），整个过程非常快，几乎是瞬间完成，这个全局的字典,就是Redis存储所有数据的入口和核心索引。

第三层秘密：内存是如何重复利用的？——过期策略与内存淘汰

Redis是内存数据库，内存是有限的，如果只存不删，内存很快就会爆满，所以Redis有两个重要的守护机制：过期策略和内存淘汰机制。

过期策略负责清理那些设置了过期时间的键（比如短信验证码，5分钟后失效）,它有两种方式协同工作：

1. 惰性删除： 当你去访问一个键时，Redis才会检查它是否过期了，如果过期，就删除并返回空，这是一种“懒”办法，节省了CPU，但可能导致很多过期键长期占用内存,如果一直不被访问的话。
2. 定期删除： Redis会每隔一段时间（默认100毫秒）随机抽取一部分设置了过期时间的键进行检查，并删除其中已过期的，通过这种方式，它主动地、分批地清理垃圾,弥补了惰性删除的不足。

内存淘汰机制则是当Redis内存使用达到上限时的最后手段，这时，如果有新数据要写入，就必须踢掉一些老数据，根据你设置的淘汰策略（maxmemory-policy）,Redis会做出不同决定，

• allkeys-lru：淘汰“最近最少使用”的键，不管它有没有设置过期时间,这是最常用的策略。
• volatile-ttl：从设置了过期时间的键中,淘汰剩余寿命最短的那个。
• noeviction：直接报错，不写入新数据,这是默认策略。

这些机制保证了Redis在有限的内存下能够持续、稳定地提供服务。

第四层秘密：数据真的只在内存里吗？——持久化时的存储变化

我们常说Redis是内存数据库，但为了防止重启后数据丢失，它也需要把数据存到硬盘上，这个过程叫持久化，持久化发生时,数据在硬盘上的存储格式和在内存中是完全不同的。

• RDB（快照）： 类似于给当前的内存数据拍一张全景照片，然后整个保存成一个压缩的二进制文件（dump.rdb），这个文件里的数据是某个时间点的完整备份，存储结构非常紧凑,利于备份和恢复。
• AOF（追加日志）： 它不存数据本身，而是像写日记一样，把每一次修改数据的命令（比如set name 张三）按顺序追加到一个日志文件的末尾，当需要恢复时，Redis会重新按顺序执行一遍这些命令,从而重建出内存数据。

值得注意的是，在AOF重写（为了压缩AOF文件大小）时，Redis会fork一个子进程，基于当前的内存数据快照来重建一个更简洁的AOF文件,这个过程又用到了类似RDB的原理。

总结一下

Redis存储数据的秘密远不止“放在内存里”那么简单,它是一个多层级的精密系统：

1. 用RedisObject对象封装数据，并通过灵活的编码动态选择最合适的底层数据结构。
2. 用一个全局的字典（哈希表） 来高效管理所有键值对的映射关系。
3. 通过过期策略和内存淘汰机制像清洁工一样,智能地管理和回收宝贵的内存空间。
4. 在需要持久化时，将内存中的数据转换成RDB快照或AOF日志的格式写入硬盘。

正是这些内部机制的协同工作，才造就了Redis高性能、高可用的特性，下次当你轻松地用着get和set命令时,或许就能想到背后这个复杂而优雅的世界了。