Redis OBJECT ENCODING查看数据结构底层编码类型

Redis 中的 5 种基础数据类型（String、List、Hash、Set、ZSet）在底层实现上并不单一。为了平衡内存占用与读写性能，Redis 会根据数据量的大小、元素的长度等因素，自动在多种底层数据结构（编码类型）之间进行切换。理解这些编码类型是进行 Redis 性能调优和内存优化的关键。使用 OBJECT ENCODING 命令可以直接查看某个 Key 对应的底层编码。

以下是查看和分析 Redis 数据结构底层编码的详细步骤。

1. 准备工作

在开始操作前，需要确保本地或远程已经安装并启动了 Redis 服务。

1. 打开终端或命令行工具。
2. 输入连接命令并登录 Redis：

   redis-cli

3. 输入 PING 命令，若返回 PONG，则表示连接成功。

2. 查看 String 类型的底层编码

String 类型是 Redis 中最基础的类型，其底层编码主要根据值的长度和内容决定。

1. 执行以下命令设置一个纯整数值：

   SET number 10086

2. 输入查看编码的命令：

   OBJECT ENCODING number

3. 观察返回结果，结果为 int。这说明 Redis 发现该值是长整数，直接将其存储为整数类型，以节省空间并支持数值计算。

4. 执行以下命令设置一个短字符串（长度小于 44 字节）：

   SET short "hello redis"

5. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING short

6. 观察返回结果，结果为 embstr。这是一种专门用于保存短字符串的编码方式，它只要求一次内存分配，且数据连续存储，读取速度快。

7. 执行以下命令设置一个长字符串（生成一个超过 44 字节的字符串）：

   SET long "This is a very long string designed to exceed the embstr encoding limit of 44 bytes in Redis."

8. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING long

9. 观察返回结果，结果为 raw。当字符串长度超过阈值（通常是 44 字节）时，Redis 会使用动态字符串（SDS）并使用 raw 编码，此时需要进行两次内存分配。

3. 查看 Hash 类型的底层编码

Hash 类型在元素较少且每个元素值较小时，会使用压缩列表以节省内存；当数据量增大时，会转换为哈希表。

1. 执行以下命令创建一个包含少量字段的小 Hash：

   HSET user:1 name "Tom" age 25

2. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING user:1

3. 观察返回结果，结果为 ziplist。此时 Redis 将所有数据紧挨着存储在连续内存块中，极其节省内存。

4. 为了触发编码转换，需要修改配置参数或一次性大量插入数据。这里使用脚本一次性插入 513 个字段（默认阈值通常是 512）：

   for i in {1..513}; do redis-cli HSET big_hash field_$i value_$i; done

   (注：上述命令在 Bash 环境下执行，Windows 用户可使用 PowerShell 循环或手动插入足够多的数据)

5. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING big_hash

6. 观察返回结果，结果为 hashtable。当字段数量超过 hash-max-ziplist-entries（默认 512）或单个元素值长度超过 hash-max-ziplist-value（默认 64 字节）时，编码会转换为哈希表。哈希表的读写时间复杂度为 $O(1)$，但内存消耗会比压缩列表大。

4. 查看 List 类型的底层编码

List 类型的底层结构在不同版本的 Redis 中有所变化。在 Redis 3.2 之后，统一使用 quicklist（快速列表）。

1. 执行以下命令创建一个包含少量元素的列表：

   LPUSH my_list a b c

2. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING my_list

3. 观察返回结果，结果为 quicklist。quicklist 是 ziplist 和 linkedlist 的结合体，它将多个 ziplist 使用双向指针串联起来。既保证了列表中间插入元素的性能，又减少了指针的内存开销。

5. 查看 Set 类型的底层编码

Set 集合的编码分为整数集合和哈希表。

1. 执行以下命令创建一个包含少量整数的集合：

   SSET numbers 1 2 3

   (注：若提示无效命令，请使用 SADD numbers 1 2 3)

2. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING numbers

3. 观察返回结果，结果为 intset。当集合中的所有元素都是整数且元素数量较少（默认小于 512 个）时，Redis 使用紧凑的整数数组存储。

4. 执行以下命令向集合中添加一个非整数元素：

   SADD numbers "redis"

5. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING numbers

6. 观察返回结果，结果变为 hashtable。一旦引入非整数元素，或者整数数量超过阈值，编码将立即升级为哈希表，其中 Key 为集合元素，Value 为 null。

6. 查看 ZSet 类型的底层编码

有序集合（ZSet）的编码选择逻辑与 Hash 类似，取决于元素数量和成员大小。

1. 执行以下命令创建一个小的有序集合：

   ZADD rank 10 "player1" 20 "player2"

2. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING rank

3. 观察返回结果，结果为 ziplist。此时，ZSet 将成员和分值紧挨着存储在同一个 ziplist 中，先按分值排序，再存储成员。

4. 执行以下命令插入大量数据（超过默认阈值 128 个元素）：

   for i in {1..129}; do redis-cli ZADD big_rank $i "member$i"; done

5. 输入查看编码命令：

   OBJECT ENCODING big_rank

6. 观察返回结果，结果为 skiplist。当元素较多或成员字符串较长时，Redis 会使用跳跃表加字典的组合结构。跳跃表负责维持排序和范围查询的高效性（$O(\log N)$），字典则保证根据成员查询分值的高效性（$O(1)$）。

7. 编码转换逻辑总结

为了更直观地理解 Redis 何时进行编码转换，可以参考以下决策流程。

8. 自定义编码转换阈值

如果需要针对特定业务场景调整编码转换的触发条件，可以通过配置文件或命令行修改。

1. 查看当前的 Hash 类型压缩列表阈值配置：

   CONFIG GET hash-max-ziplist-entries
   CONFIG GET hash-max-ziplist-value

2. 修改配置以允许更大的压缩列表：

   CONFIG SET hash-max-ziplist-entries 1000

3. 执行修改后，新创建的 Hash 在元素数量小于 1000 时都会使用 ziplist 编码。这会增加内存使用的紧凑性，但在大数据量下可能会导致 ziplist 连锁更新带来的性能抖动。