前言

学习本文之前先问大家一个问题，为什么要学习redis？不知道如何回答的朋友，请继续往下看！

总共总结为三点的内容，大家仔细斟酌一下：

1.Redis应用广泛，它有卓越的性能、丰富的数据类型，简洁高效的设计理念。

2.Redis 5带来了很多不错的新特性:

增加了新的流数据类型
更新了定时器、集群和字典相关的API
增加了新的有序集合命令

3.要想做好日常开发和运维工作，需要对Redis的底层原理和实现，尤其是命令实现有一定了解。

Redis已经是IT企业技术栈中重要的一环，与其相关的从业者数量也逐年增多，对大多数人来说Redis可谓既熟悉又神秘，只有不足4MB的源码却实现了一个功能丰富且健壮的数据库。

Redis 以其高速、轻量和丰富的数据结构与功能被越来越多的工程师所钟爱。然而，用Redis 的人很多，真正懂Redis的人很少，本文正是写给那些使用了Redis并希望进一步深入理解Redis的读者。作者及其团队通过对Redis最新版本（5.x)各部分源码的分析，庖丁解牛，深入浅出，带领读者一步步探索Redis的方方面面，让读者从原理层面真正懂得Redis。

本文不仅深入源码讲解了Redis.常用的底层数据结构和常用命令处理的实际过程，还细致入微地讲述了基数计数算法的演进和HyperLogLog算法在Redis 中的具体实现，这是非常有用且难得的;

本文从源码层面对Redis进行深入剖析，尤其是数据结构部分，其学习意义不限于Redis，强烈推荐大家来阅读。

那，今天咱们就从目录、主要内容和总结三部分给大家进行介绍，希望大家能够好好学习，也希望本文能够得到大家的喜欢！！！

主要内容

本文将用22章的内容给大家展开讲解Redis5设计、数据结构、底层命令实现，以及持久化、主从复制、集群的实现；

第1章，引言；Redis是目前最流行的键值对( key-value）数据库，以出色的性能著称，官方提供的数据是可以支持100 000以上的+QPS。Redis具有高性能的主要原因如下。

1 ) Redis是基于内存的存储数据库，绝大部分的命令处理只是纯粹的内存操作，内存的读写速度非常快。

2) Redis是单进程线程的服务（实际上一个正在运行的Redis Server肯定不止一个线程，但只有一个线程来处理网络请求)，避免了不必要的上下文切换，同时不存在加锁/释放锁等同步操作。

3 ) Redis使用多路I/O复用模型(select、poll、epoll)，可以高效处理大量并发连接。

4 ) Redis中的数据结构是专门设计的，增、删、改、查等操作相对简单。

本章主要介绍Redis简介、Redis 5.0的新特性、Redis源代码概念、Redis安装与调试，希望对读者阅读和研究Redis 源码有一定的帮助。

第2章，简单动态字符串；简单动态字符串(Simple Dynamic Strings，SDS）是Redis的基本数据结构之一，用于存储字符串和整型数据。SDS兼容C语言标准字符串处理函数，且在此基础上保证了二进制安全。本章将详细讲解SDS的实现，为读者理解Redis的原理和各种命令的实现打下基础。

第3章，跳跃表；有序集合在生活中较常见，如根据成绩对学生进行排名、根据得分对游戏玩家进行排名等。对于有序集合的底层实现，我们可以使用数组、链表、平衡树等结构。数组不便于元素的插入和删除;链表的查询效率低，需要遍历所有元素;平衡树或者红黑树等结构虽然效率高但实现复杂。Redis采用了一种新型的数据结构—―跳跃表。跳跃表的效率堪比红黑树，然而其实现却远比红黑树简单。

第4章，压缩列表；压缩列表ziplist本质上就是一个字节数组，是Redis为了节约内存而设计的一种线性数据结构，可以包含多个元素，每个元素可以是一个字节数组或一个整数。

Redis 的有序集合、散列和列表都直接或者间接使用了压缩列表。当有序集合或散列表的元素个数比较少，且元素都是短字符串时，Redis便使用压缩列表作为其底层数据存储结构。列表使用快速链表( quicklist）数据结构存储，而快速链表就是双向链表与压缩列表的组合。

例如，使用如下命令创建一个散列键并查看其编码。

127.0.0.1:6379> hmset person name zhangsan gender 1 age 22   
OK
127.0.0.1:6379> object encoding person
" ziplist"

本章将从源码层次详细介绍压缩列表的存储结构及基本操作。

第5章，字典；本章讲解了字典的基本概念，并对其实现进行深入解读，字典在Redis数据库中起到了举足轻重的作用，想必读者读完这章之后，对字典的概念及Redis数据库底层是如何存储数据都会有一个较为清晰的了解。请思考，在5.2.1节中介绍字典的基本实现中为什么Hash表数组中存放的是每个dictEntry 的指针地址，而不是直接把dictEntry嵌入到Hash表数组中去?

第6章，整数集合；整数集合(intset）是一个有序的、存储整型数据的结构。我们知道Redis是一个内存数据库，所以必须考虑如何能够高效地利用内存。当Redis集合类型的元素都是整数并且都处在64位有符号整数范围之内时，使用该结构体存储。

第7章，quicklist的实现；quicklist是Redis底层最重要的数据结构之一，它是Redis对外提供的6种基本数据结构中List的底层实现，在Redis 3.2版本中引入。在引入quicklist之前，Redis采用压缩链表(ziplist）以及双向链表( adlist）作为List的底层实现。当元素个数比较少并且元素长度比较小时，Redis采用ziplist作为其底层存储;当任意一个条件不满足时，Redis采用adlist作为底层存储结构。这么做的主要原因是，当元素长度较小时，采用ziplist可以有效节省存储空间，但ziplist的存储空间是连续的，当元素个数比较多时，修改元素时，必须重新分配存储空间，这无疑会影响Redis的执行效率，故而采用一般的双向链表。

quicklist是综合考虑了时间效率与空间效率引入的新型数据结构，本章将对其具体实现细节为读者——展现。

第8章，Stream；消息队列是分布式系统中不可缺少的组件之一，主要有异步处理、应用解耦、限流削峰的功能。目前应用较为广泛的消息队列有RabbitMQ、RocketMQ、Kafka等。Redis在最新的5.0.0版本中也加入了消息队列的功能，这就是Stream。本章将详细介绍Redis Stream相关的底层数据结构，帮助读者探索Stream实现的秘密。

第9章，命令处理生命周期；第2~8章介绍了Redis 的基本数据结构，接下来主要讲解所有命令的源码实现。在讲解命令实现之前，需要先了解一下服务器处理客户端命令请求的整个流程，包括服务器启动监听，接收命令请求并解析，执行命令请求，返回命令回复等，这也是本章的主题“命令处理的生命周期”。

Redis服务器是典型的事件驱动程序，因此事件处理显得尤为重要，而Redis将事件分为两大类:文件事件与时间事件。文件事件即socket的读写事件，时间事件用于处理一些需要周期性执行的定时任务，本章将对这两种事件作详细介绍。

第10章，键相关命令的实现；在前面的章节里，我们主要讲了Redis常用的底层数据结构以及命令处理的生命周期,本章将介绍键相关命令的源码实现。命令实现的过程中不是直接操作这些数据结构，我们将在10.1节讲解这两个结构。

在理解了redisDb和redisObject对象之后，我们按照查看键信息、设置键信息、查找和操作键将本章命令进行分类讲解，10.2节讲解查看键信息相关命令，其中 object和 type命令是获取redisObject对象相关属性的操作，过期时间读取和修改相关命令是对redisDb的expires字典的操作，除此之外本章的命令都是对redisDb的dict字典的操作。

第11章，字符串相关命令的实现；字符串命令是Redis最常见的命令，相对其他命令来说，字符串命令操作简单，参数较少。字符串命令虽然简单但作用强大，我们可以用字符串命令实现key-value的设置与获取，也可以实现计数器功能，甚至可以实现位操作。

第12章，散列表相关命令的实现；散列表是Redis数据组织的基本结构。针对key-value中的value，Redis提供了6种结构——字符串(string)、散列表(Hash)、数据流(stream)、列表(list)、集合(set)、有序集合(sortedset)。针对不同的value结构，Redis提供了不同的命令供用户使用。

当value为散列结构时，我们称之为散列相关命令。为了与Redis中的key-value散列做区分，我们称value的散列结构的键值对为field-value(域值对)。

第13章，列表相关命令的实现；Redis列表对象的底层数据结构是quicklist，我们在第7章已经详细讲述了quicklist的数据结构以及常见操作，本章我们主要讲解如何使用quicklist实现列表相关的命令。

第14章，集合相关命令的实现；Redis的set实现了无序集合，集合成员唯一。set底层基于dict和intset，在学习集合命令前，需要先了解dict和intset的结构，详见相关章节的介绍。

第15章，有序集合相关命令的实现；在第14章中，主要讲解了集合(Set）相关的命令，集合是无序的，而本章主要介绍有序集合(SortedSet）相关命令的实现，包括基本操作，比如zadd/zrem/zscan等，批量的操作(zrange/zremrange)，以及集合相关的操作(交集zinterstore和并集zunionstore)。

有序集合中，用到的关键数据结构是ziplist以及 dict和skiplist，当服务器属性server.zset_max_ziplist_entries的值大于0且元素的member长度小于服务器属性server.zset_max_ziplist_value的值（默认为64）时，使用的是ziplist，否则使用的是dict和skiplist。对于这三种数据结构，请参考第3、4和5章。

第16章，GEO相关命令；在生活中，位置信息十分重要，精确地对每个物体进行定位是我们进行其他相关操作的基础。Redis提供了一些命令来帮助我们有效地处理位置信息，比如计算两点间的距离，这类命令统称为GEO相关的命令，本节将详细介绍这类命令是如何实现的。

geohash算法在2008年公开，该算法可以把二维的经纬度信息降维到一维，并通过Base32编码将其转换为字符串。Ardb的作者提供了geohash-int的实现。Redis的核心开发者Matt借鉴Ardb的GEO功能，于2014年以module方式开发了Redis的GEO。2016年，在Redis 3.2中正式加入了GEO。本节主要学习geohash算法的实现，以及Redis中是如何使用该算法的。

第17章，HyperLogLog相关命令的实现；在工作当中，我们经常会遇到与统计相关的功能需求，比如统计网站PV (Page View,页面访问量)或者URL的访问次数，可以使用Redis提供的incr或incrby命令轻松实现，但像UV (Unique Visitor，独立访客)、独立IP数、搜索记录数等需要去重和计数的问题该如何解决呢?我们把这类求集合中不重复元素个数的问题称为基数计数。

解决基数计数有多种方法，简单来说，可以将数据存储在MySQL表中，使用distinctcount语句来计算不重复个数，也可以使用Redis提供的hash、set、bitmap等数据结构来处理，而且结果数据都非常精确，但是这些方法都会随着数据的不断增多，而导致占用的空间越来越大，对于非常大的数据集是不切实际的。那么是否能够降低一定的精度来平衡存储空间呢。有一类算法基于概率，仅使用常量和小量的内存来提供集合中唯一元素数量的近似值。

第18章，数据流相关命令的实现；Redis 5.0.0引入了Stream，本章主要介绍Stream相关命令的底层实现。

在Stream的实现中，用到的关键数据结构是rax、listpack。其中rax用于快速索引;listpack用于存储具体的消息，这些数据结构的详细介绍请参见第8章。

第19章，其他命令；该章节主要讲解事务命令、发布-订阅命令和Lua脚本命令3个部分。通过该章的学习，读者可以了解Redis中事务、发布–订阅的实现原理及其适用范围，以及Redis如何执行Lua脚本命令。

第20章，持久化；Redis是一个内存数据库，当机器重启之后内存中的数据都会丢失。所以对Redis来说，持久化显得尤为重要。Redis有两种持久化方式:一种为RDB方式，RDB保存某一个时间点之前的数据;另一种为AOF方式，AOF保存的是Redis 服务器端执行的每一条命令。两种方式各有优劣，在接下来的章节中会详细介绍。我们先通过在客户端输入info命令，查看Redis服务端记录的相关持久化状态信息，然后分别详细介绍RDB和AOF。

第21章，主从复制；Redis支持主从复制功能，用户可以通过执行slaveof命令或者在配置文件中设置slaveof选项来开启复制功能。例如，现在有两台服务器——127.0.0.1:6379和127.0.0.1:7000，向服务器127.0.0.1:6379发送下面命令:

127.0.0.1:6379>slaveof 127.0.0.1 7000
OK

此时服务器127.0.0.1:6379会成为服务器127.0.0.1:7000的从服务器（slaver)，服务器127.0.0.1:7000会成为服务器127.0.0.1:6379的主服务器( master);通过复制功能，从服务器127.0.0.1:6379的数据可以和主服务器127.0.0.1:7000的数据保持同步。

本章将为读者详细介绍主从复制功能的源码实现。