实验元数据 (Meta Data)

实验编号/标题：Redis String 底层数据结构实验

日期：2026-02-22

所属领域/标签：#Redis #数据结构

耗时：19:30 - 21:12

🎯 实验前：假设与目标 (Plan)

当前问题 (Problem)：我需要了解 Redis String 的底层数据结构

实验目标 (Objective)：验证并模拟 Redis String 的底层结构，查看 Redis 底层代码

核心假设 (Hypothesis)：

Redis String 的值对象会在 int 和 SDS 间切换。

🧪 实验中：执行步骤与变量 (Do)

准备工作/工具：

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docker run -d --name redis -p 6379:6379 redis
docker exec -it redis redis-cli
> ping

控制变量 (Variable)：仅基于 String 结构进行实验

执行步骤 (Log)：

子实验一：证明 String 可能是整数编码

  1. 写入一个整数样子的字符串
  2. 查看底层编码
  3. 对它做 INCR

子实验二：证明 String 也可能是 SDS（动态字符串）

  1. 写入一个非纯整数

子实验三：证明 SDS 的两种形态：embstr vs raw

  1. 短字符串
  2. 长字符串

子实验四：证明 embstr 在修改后会转成 raw

  1. 先放一个短串
  2. 追加内容

👁️ 实验后：现象与数据 (Check)

子实验一：证明 String 可能是整数编码

第一步和第三步查看到的编码都是 int，说明 Redis String 在数值场景下不是字符数组，而是直接用整数存。

子实验二：证明 String 也可能是 SDS（动态字符串）

返回的结果是 embstr，证明非纯整数是 SDS

子实验三：证明 SDS 的两种形态：embstr vs raw

短字符串返回 embstr，长字符串返回 raw。

子实验四：证明 embstr 在修改后会转成 raw

追加后 encoding 变为 raw，embstr 的设计偏向“只读/少改“的短串。

🧠 深度复盘：分析与结论 (Act)

结果对比：实际结果 vs. 预期假设

符合预期

  1. Redis Sting 的值对象会在两条路线之间切换
    • int：纯整数形式（范围可放进 64-bit signed）
    • SDS：其他字符串/二进制，对应 encoding 展示为 embstr 或 raw
  2. SDS 不是 C 字符串：有长度字段、预分配策略、二进制安全（可包含\0），因此 Redis String 才能高效支持 STRLEN、APPEND 等操作

原因分析 (Why?)：

获得的知识点 (Key Learnings)：

每个 Key 对于的 value 在 Redis 内部通常表现为一个对象 (robj/RedisObject)

  • type：这里都是 string
  • encoding：int/embstr/raw
  • ptr：指向真正的数据载荷（或者直接存整数）

int：对象头 + 直接存 64-bit 整数

适用场景：

  • value 看起来是一个十进制整数（123、-45）
  • 能放进 64-bit signed (long long)

数据结构布局：

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RedisObject (type=string, encoding=int)
└── ptr  (不指向字符串，而是“存着一个整数值”，等价于 int64)

特点：

  • 没有 SDS，也没有字符数组。
  • INCR/DECR 等操作无需 parse 字符串（或 parse 后立刻转 int），直接做整数算术更快。
  • 读 GET 时再把整数转成文本返回给客户端（网络协议层面仍是字符串）。

embstr：对象头 + SDS“一整块连续内存“分配

embstr 的本质仍是 SDS（Simple Dynamic String），只是优化了分配方式：把 RedisObject + SDS 头 + 字符数组 一次性 malloc 成一块连续内存。

数据结构布局：

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[ 一次 malloc 得到的一整块内存 ]
┌───────────────────────────────────────────────┐
│ RedisObject (type=string, encoding=embstr)    │
│ SDS header (len/alloc/flags...)               │
│ char buf[...]  (以 '\0' 结尾, 但二进制安全)      │
└───────────────────────────────────────────────┘

特点：

  • 1 次内存分配（相较 raw 的 2 次），更省 malloc/fragmentation 成本。
  • 对 CPU cache 更友好（对象头和内容在一起）。
  • 通常用于 短字符串（阈值与版本有关）。
  • 典型限制/行为：很多版本里 一旦需要修改/扩容（比如 APPEND），往往会转换成 raw（因为“整块”不好就地扩容）。

raw：对象头和 SDS 分开分配（两块内存）

同样是 SDS，但采用更通用的表示：对象头一块，SDS（含 header+buf）另一块。

数据结构布局：

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RedisObject (type=string, encoding=raw)
└── ptr ──>  SDS (单独 malloc)
             ├── SDS header (len/alloc/flags...)
             └── char buf[...]

特点：

  • 两次内存分配（对象头一次，SDS 一次）
  • 更灵活：DS 可以根据追加/截断等操作 realloc，支持频繁修改更自然。
  • 常用于 较长字符串 或 发生过修改后的字符串。

下一步行动 (Next Actions)：

✅ 验证通过，纳入标准流程。

❓ 产生新问题：验证 Redis Set 的底层结构