Redis 底层核心数据结构：对象、编码与自动转换

先看日常用法：保存一份用户资料

下面的 profile:42 是“42 号用户资料”这个 Redis key（键，也就是数据在 Redis 中的名称）；name 和 age 是资料字段。HSET 是向 Hash 写字段的命令，业务只关心字段能否正确写入和读取。

HSET profile:42 name Ada age 28
HGET profile:42 name
# 返回 "Ada"

这份资料只有两个字段时，若每个字段都单独创建对象和指针，管理开销可能比数据本身还大；资料增长到几万字段后，若仍把所有内容挤在一段连续内存里，每次查找或中间修改又可能走很久。

再用包装类比理解“两层”

你在快递面单上写的是“书”“衣服”或“杯子”，这是对外的类别；仓库真正选择纸箱、文件袋还是泡沫盒，这是内部包装。Redis 的数据类型像面单，底层编码像包装。

最小观察：类型和编码不是同一个答案

TYPE 是查看对外数据类型的命令；OBJECT ENCODING 是查看当前内部编码的命令。对刚才的 profile:42，前者回答“这是 Hash”，后者回答“这份 Hash 现在用什么结构保存”。

TYPE profile:42
# hash

OBJECT ENCODING profile:42
# 常见结果为 listpack；实际结果由版本、配置和内容决定

只改变观察问题，答案就不同：TYPE 面向命令语义，OBJECT ENCODING 面向内存实现。这是后面所有结构的总入口。

Redis Object（Redis 对象）是每个值外面的一层统一包装。它让命令只需先看 type 判断“这是不是我能操作的类型”，再按 encoding 分派到具体实现。

LRU（Least Recently Used，最近最少使用）按“多久没访问”辅助淘汰；LFU（Least Frequently Used，最不经常使用）按访问频率辅助淘汰。它们是对象管理信息，不是值内容本身。

struct redisObject {
    type       // 对外类型：String / List / Hash / Set / Sorted Set
    encoding   // 内部编码：listpack / quicklist / hashtable ...
    lru_or_lfu // 淘汰策略使用的时间或频率信息
    refcount   // 有多少地方正在引用这个对象
    ptr        // 指向真实底层数据
}

SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串）是 Redis 的可增长字节串。它在字符内容前保存已使用长度 len、已分配容量 alloc 和头部类型 flags，负责高效取长度、扩容和保存二进制内容。

struct sdshdr8 {
    uint8_t len;    // 已使用的字节数
    uint8_t alloc;  // 已分配的可用容量
    unsigned char flags; // 头部规格
    char buf[];     // 真正的数据，末尾仍保留 \0 方便兼容 C API
}

时间复杂度用输入规模增长时操作步骤如何增长来估算成本：O(1) 表示步骤数基本不随数据量增长，O(n) 表示最坏步骤数大致跟数据量 n 一起增长。

listpack（紧凑列表）是一段连续内存，把多个字符串或整数逐项编码在一起。每个 entry（条目）就是其中一个被编码的元素；末尾的 EOF（End Of File，结束标记）告诉读取过程“到这里停止”。它没有为每个元素单独保存一组前后指针，因此小型 List、Hash、Set 和 Sorted Set 可以明显减少内存开销。

backlen 是条目尾部记录的“本条前半部分有多长”，负责让读取过程从当前条目向前找到上一条。

quicklist（快速列表）是一条双向链表，每个节点通常不只装一个元素，而是装一段 listpack。它负责让 List 的头尾操作只触碰少数节点，同时避免“一个元素配一个链表节点”的巨大指针开销。

LZF 是算法名称，源自 Lempel–Ziv 压缩家族；这里它是一种轻量无损压缩算法，负责用少量计算换取中间节点更小的内存占用。

dict（dictionary，字典）是 Redis 的通用哈希表。哈希函数把 key 计算成一个数字索引；不同 key 落到同一桶时形成哈希冲突，Redis 沿桶中的链继续比较完整 key。

旧面试资料常把 dict 画成两张哈希表并讲“渐进 rehash”。rehash（重新散列）就是扩容或收缩时重新安排元素位置。当前官方源码仍保证哈希表自动调整容量并处理冲突，但内部字段和增量迁移细节会随版本演进；面试应先回答目标，再说明版本。

intset（integer set，整数集合）是一段有序、连续、无重复的整数数组，负责保存较小且成员全是整数的 Set。它的头部只需记录整数宽度 encoding 和元素数量 length。

typedef struct intset {
    uint32_t encoding; // 每个整数用 16、32 或 64 位
    uint32_t length;   // 元素数量
    int8_t contents[]; // 有序整数数据区
} intset;

Sorted Set（有序集合）给每个唯一成员绑定一个分数，并按“分数优先、成员字典序兜底”排序。大型对象常把 skiplist（跳表）与 dict 组合：跳表负责顺序和范围，dict 负责按成员精确找分数。

跳表是在普通有序链表上增加多层“快速通道”的结构。查找时先在高层跨大步，快超过目标时再下降一层，直到最底层命中。

redis-cli 是 Redis 自带的命令行客户端，负责把下面的命令直接发送给本地或远程实例。

# 在 redis-cli 中观察：TYPE 看业务类型，OBJECT ENCODING 看内部编码
SET visits 42
TYPE visits                    # string
OBJECT ENCODING visits         # int

HSET profile name Ada age 28
TYPE profile                   # hash
OBJECT ENCODING profile        # 小对象通常为 listpack

编码转换是 Redis 在对象不再满足紧凑编码条件时，把原数据搬到通用结构的过程。命令结果不变，但内存布局和一次操作的成本会发生变化。

官方默认配置在 Redis 7.0+ 常见为 hash-max-listpack-entries 512、hash-max-listpack-value 64、zset-max-listpack-entries 128、zset-max-listpack-value 64、set-max-intset-entries 512；Redis 7.2+ 还提供 Set 的 listpack 门槛。单位和精确默认值应以正在运行的实例配置为准；CONFIG GET 是读取实例配置的命令，可用它核对实际门槛。

Redis 的数据类型和底层编码是两层概念。
String、List、Hash、Set、Sorted Set 是命令看到的类型，
对象头用 type 标记类型，用 encoding 标记当前内部实现，
ptr 再指向真实数据结构。

核心结构里：
SDS 是带长度和容量的二进制安全字符串；
listpack 把小元素连续编码，重点是节省内存；
quicklist 用双向链表串多个 listpack，兼顾 List 两端操作和内存；
dict 提供平均 O(1) 的精确查找；
intset 用有序连续整数数组保存小型纯整数 Set；
skiplist 用多层索引支持 Sorted Set 的范围和排名，旁边再配 dict 做成员精确查找。

Redis 的总策略是：小对象优先紧凑编码，
超过元素数量或单值长度门槛后转成通用结构。
所以回答复杂度和内存时，既要说数据类型，也要说当前 encoding 和版本。

本文以 Redis 7.2+ 的公开行为为版本主线，并用当前官方源码核对对象创建与结构字段。实现细节会演进，线上判断应以实例版本、CONFIG GET 和 OBJECT ENCODING 的实际结果为准。

• Redis 官方：OBJECT ENCODING 与各类型编码
• Redis 官方：小型聚合类型的内存优化与默认门槛
• Redis 官方源码：object.c 对象创建与 encoding
• Redis 官方源码：sds.h
• Redis 官方源码：quicklist.h
• Redis 官方源码：dict.c
• Redis 官方源码：intset.h
• Redis 官方源码：t_zset.c 跳表与有序集合