Redis 是一种常见的 NoSQL 数据库，被广泛应用于缓存、消息队列、计数器等领域。在 Redis 中，每个键都对应一个值，值可以是五种不同的数据结构类型，即字符串、列表、集合、有序集合和哈希。在底层实现中，Redis 使用对象（object）来表示键值对中的值，而对象又由底层的数据结构组成。本文将深入探讨 Redis 对象的内部数据结构及存储方式，以便更好地理解 Redis 的工作原理。
Redis 对象的内部数据结构
Redis 对象数据结构由类型、编码和值三部分组成，其中类型和编码可分别用 redisObject.type 和 redisObject.encoding 进行访问。值是底层数据结构的具体实现，不同数据类型的值有不同的内部数据结构。
字符串类型
在 Redis 中，字符串类型的值最常用，也是最基本的数据类型。Redis 通过 sds（simple dynamic string）数据结构实现字符串的动态分配、扩容和内存释放。sds 在底层使用 char 数组存储字符串的实际内容，并使用 int 类型的 len 属性存储字符串的长度。sds 预留了额外的空间，以便在字符串长度变化时不用频繁地调整内存大小，这样可以提高字符串的操作效率。因此，每个 sds 对象实际上由一个 char 数组、三个 int 属性（len、free、alloc），以及一些方法组成。
列表类型
在 Redis 中，列表类型即可作为队列，也可作为栈使用。Redis 通过双指针链表和 ziplist 两种数据结构实现列表类型的值。其中，双指针链表存储较大的列表，每个节点包含前驱指针 prev，后继指针 next，以及 value 属性指向节点存储的值对象。双指针链表作为纯链表实现的数据结构，支持 O(1) 的头部和尾部插入、删除操作，但对于任意位置的插入、删除操作时需要遍历链表。相反地，ziplist 是一种压缩列表，它将多个小值对象压缩到一起，减少内存占用。ziplist 的每个节点包含一个整数类型的标识码（encoding）和一个字节数组（entry），其中 encoding 用于表示 entry 存储的值的类型和大小，entry 是一个无符号字符数组，可以存储不同类型的值（如整数、字符串）。压缩列表支持 O(1) 的头部插入、删除、尾部插入、查询操作，但不适用于任意位置的操作。
集合类型
在 Redis 中，集合类型的值为无序、不可重复的元素集合。Redis 通过哈希表和 intset 两种数据结构实现集合类型的值。哈希表通过键来查找值，是一种散列表数据结构，每个节点包含键、值和链指针等信息。哈希表需要维护每个节点的哈希桶位置（由哈希函数决定），以及不同键产生哈希冲突时的链表关系。哈希表支持 O(1) 的查找、插入、删除操作，但需消耗较多内存用于维护节点（尤其是链表节点），因此适用于键值对较多的情况。相反地，intset 是一种有序、唯一的整数元素集合。intset 存储整数元素的内存占用较小，因为它采用不同编码（int16、int32、int64）来存储整数类型的值，在存储整数数量较少或较小的情况下，内存使用效率较高。但 intset 不适用于存储字符串或其他类型的数据。
有序集合类型
在 Redis 中，有序集合类型的值和集合类型类似，也是元素集合，但它的元素具有权重（score）属性，并按权重排序。Redis 通过跳跃表和 ziplist 两种数据结构实现有序集合类型的值。其中，跳跃表是一种有序链表，每个节点记录元素的键值对和若干个指向其他节点的指针，通过多级索引实现 O(log N) 的查找、插入、删除操作。ziplist 同样被用于存储元素较少的情况，只不过每个节点存储的不是一个值，而是一个键值对，其中键借助 encodeing 字段存储元素权重，Value 部分保存对应的元素。跳跃表对于元素数量较少（少于 10）时，其检索的性能优于普通的有序列表。而且，相比于红黑树等数据结构，跳跃表的插入、删除操作时间复杂度也更简单。
哈希类型
在 Redis 中，哈希类型的值为字段和值的映射，类似于面向对象编程中的对象或字典数据结构。Redis 通过哈希表实现哈希类型的值。哈希表的每个节点存储一个字段-值对，相比于键值对，字段-值对更加灵活，可以动态地添加或删除字段而不影响其他字段的存储。哈希表的每个节点同样包含键、值和指针等属性，与普通哈希表类似。
Redis 对象的存储方式
Redis 的对象可以被持久化保存到磁盘上，以便在服务器宕机或重启时仍能恢复数据。Redis 的持久化机制包括两种方式：RDB（Redis DataBase）和 AOF（Append Only File）。
RDB 持久化
RDB 持久化即将 Redis 的数据整个存储在硬盘上。Redis 通过 fork() 函数创建子进程，由子进程负责将数据写入磁盘。整个过程中，Redis 主进程不会阻塞，可以继续接受客户端请求。RDB 持久化有两种触发方式：手动执行 SAVE 或 BGSAVE 命令，或按照配置文件中指定的条件进行自动触发。手动执行 SAVE 命令时，主进程会阻塞，直到子进程将数据写入磁盘。执行 BGSAVE 命令时，主进程不会阻塞，而是将该操作放入后台执行队列，在后台执行完毕后主进程会获得一条通知，表示数据已经保存完毕了。
AOF 持久化
AOF 持久化是将 Redis 的写操作以日志的形式保存到硬盘上。每个写操作都被追加到 AOF 文件的末尾，因此 AOF 文件总是包含一个 Redis 服务器所有的写操作。AOF 持久化机制有三种写入方式：always（默认）, everysec, no。always 的写入方式会在每次执行写入命令时都将日志写入文件，保证了最强的安全性。everysec 的写入方式， 会在1秒内将所有执行的写命令缓存下来，然后批量写到文件中去，在保证高性能的同时，保证了较好的安全性。no 的写入方式，主要是为了追求高性能而设计的，这种方式下Redis只有在服务器关闭时才会将缓存中的数据写入AOF文件中。
总结
Redis 是一种常用的 NoSQL 数据库，支持多种数据类型和持久化机制，并提供了丰富的命令和 API，方便应用开发和管理。了解 Redis 对象的内部数据结构和存储方式，可以更好地理解 Redis 的工作原理，从而帮助我们更好地使用 Redis。对于遇到的问题,我们通过查看 Redis 的源码，可以更深入地理解实现细节，更好地进行调试和优化。
以下是一个 Redis 列表类型的示例代码：
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