深入解析Redis内存对象模型

本文将深入探讨Redis内存对象模型的各个方面，帮助您更好地理解和优化Redis的内存使用。

一、内存统计

要了解Redis的内存使用情况，可以使用info memory命令：

• used_memory: Redis分配器分配的内存总量（字节），包括使用的虚拟内存。
• used_memory_human: 以人类可读的方式显示used_memory。
• used_memory_rss: 操作系统看到的Redis进程占用的内存大小（字节），与top和ps命令所见一致。它不仅包含Redis分配的内存，还包括进程运行所需的内存和内存碎片。
• mem_fragmentation_ratio: used_memory_rss与used_memory的比值，通常大于1，表示内存碎片率。小于1则表明使用了虚拟内存，需要及时处理。
• mem_allocator: 内存分配器，在编译时指定，默认为jemalloc。

二、内存划分

Redis的内存主要分为以下几部分：

• 数据: 占用的内存会统计在used_memory中。
• 进程本身所需内存: 不由jemalloc分配，不会统计在used_memory中。
• 子进程内存: 如AOF重写、RDB快照等操作创建的子进程，不计入used_memory或used_memory_rss。
• 缓冲区: 包括客户端缓冲区、复制积压缓冲区、AOF缓冲区等，由jemalloc分配并计入used_memory。
• 内存碎片: 分配和回收过程中产生的未被统计的部分。

三、数据存储细节

Redis的数据存储涉及多个组件，如内存分配器（jemalloc）、简单动态字符串（SDS）、5种对象类型及其内部编码、redisObject等。

每个键值对都有一个dictEntry，Key和Value分别存储在SDS和redisObject中。jemalloc负责这些对象的内存分配。

四、内存分配器（jemalloc）

Redis默认使用jemalloc作为内存分配器，它能有效减少内存碎片。jemalloc将内存划分为小、大、巨大三个范围，并根据需求选择最合适的内存块进行分配。

五、redisObject结构

redisObject是Redis对象的核心结构，支持多种对象类型和内部编码。其字段包括：type（对象类型）、encoding（内部编码）、lru（最近访问时间）、refcount（引用计数）和ptr（指向具体数据）。

六、SDS结构

Redis使用SDS（Simple Dynamic String）替代C字符串，带来诸多优势：获取字符串长度的时间复杂度为O(1)，防止缓冲区溢出，支持二进制数据存储。

七、对象类型与内部编码

Redis支持5种对象类型：字符串、列表、哈希、集合、有序集合。每种类型的内部编码不同，以适应不同的应用场景。

1. 字符串

字符串类型的内部编码有int、embstr、raw三种。其中，embstr适用于短字符串，而raw适用于长字符串。

2. 列表

列表的内部编码可以是压缩列表（ziplist）或双端链表（linkedlist）。当元素数量较少且单个元素较短时，使用压缩列表；否则使用双端链表。

3. 哈希

哈希的内部编码可以是压缩列表或哈希表。压缩列表适用于元素数量少且单个元素较短的情况；否则使用哈希表。

4. 集合

集合的内部编码可以是整数集合（intset）或哈希表。整数集合适用于所有元素都是整数且数量较少的情况；否则使用哈希表。

5. 有序集合

有序集合的内部编码可以是压缩列表或跳跃表（skiplist）。压缩列表适用于元素数量较少且单个元素较短的情况；否则使用跳跃表。

八、应用举例

1. 估算Redis内存使用量

了解Redis内存模型后，可以通过估算内存使用量来评估性能。例如，假设90000个键值对，每个key和value长度均为7字节，可以计算出总内存使用量。

2. 优化内存占用

通过利用jemalloc特性、使用整型/长整型、共享对象等方式，可以有效优化Redis内存占用。

3. 关注内存碎片率

内存碎片率是衡量Redis内存健康的重要指标。过高或过低的内存碎片率都可能导致性能问题，需要及时调整。