【Redis源码】 RedisObject结构体

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【Redis源码】 RedisObject结构体

概要

博主这里从redis object由来，和从底层内存分配角度进行讲解哦，小伙伴们自行选择读取

1. redis object 由来

这里涉及到代码的设计思想：高内聚，低耦合，先通过一些例子加深理解，在讲解RedisObject是什么和其作用

🚀通过C语言来讲解下这个设计思想

C语言中，分有静态链接，动态链接。他俩之间的区别在于代码的冗余，复用。

如果使用的是静态链接，demo1.c需要sum.o，demo2.c也需要sum.o，那么编译器会将sum.o代码放入demo1.c，demo2.c对应编译后的目标文件。这样就会产生一个sum.o代码在2个文件都有（若读者想自己尝试，可以通过objdump / readelf等命令查看生成的elf文件，如a.out里的代码信息），如果修改了sum.o里的代码，这对应的文件都需要重新编译，则就产生的高耦合。即使它代码运行速度快

如果使用的是动态链接，就可以通过动态链接器生成sum.so文件，当demo1.c代码或者demo2.c调用sum.c里的代码时，通过动态链接器，plt和got进行连接sum，这样就会实现一份代码，在多个文件复用

这张图可看到a.o和b.o要调用sum.o，对于静态链接需要一份代码存2份，而动态链接进行代码的动态链接

在这里插入图片描述

🚀Redis Object

Redis的基本数据结构，分有String，HashMap，Set，Sorted Set，List，Redis是用ANSI C标准来实现的，那既然牵涉C语言，C语言的数据类型的操作，底层就是通过malloc分配内存空间而已，分配多少定义成一个类型，如int是4byte，那就分配4byte空间，long是8byte，分配8byte空间

既然上面提到了代码的设计思想，现在又提到了数据类型定义，那有没有一种方式将这些Redis类型进行抽象高内聚化，形成一个结构体进行定义呢？redisObject结构体，那我们来看下redisObject结构体源码。

RedisObject源码图

在这里插入图片描述

虽然笔者是Java Coder，但看这些取名也不难看出

type：数据类型
notused：未使用标识
encoding：编码
lru：lru time
refcount：被使用次数
*ptr：数据的指针
🌟指针意义：
1. 保存一个地址值指向数据内存的起始地址
2. 指针的类型用于告诉编译器如何解释指向数据地址种的数据，如函数指针，告诉编译器是指向代码段的地址，执行里面的代码

通过这些可以看出来，将多个结构的共同特性进行抽取形成robj，通过很多字段属性来定义这个数据属性，然后最后进行通过ptr来获取这个数据的内存地址，从而进行数据操作，也就是下面这张图

在这里插入图片描述

加上Redis为了节约内存的使用率，通过encoding指定编码来进行内存的节约使用，举个例子

这个a占用了3byte，1和2和\0，加起来是3byte。

如果这时使用b，只占用1byte。

这时空间就很好的利用

String a = "12";

byte b = 12;

也可以看robj的属性声明，是通过位域来进行声明，也不难看出，内存使用的节约性

unsigned type:4：定义4bit的type

简单通过这些，就可看出Redis的内存节约使用和代码的高效性。

2. 通过汇编代码分析

前面讲解了robj由来，简单的介绍，那现在我觉得需要进行一些底层代码上的理解，看看从底层是怎么进行内存分配和赋值操作的

这里，我写了一段c的代码，进行robj的代码理解，与底层的汇编是如何实现的

 #include <stdio.h>
 
 typedef struct redisObject {
     unsigned type:4;
     unsigned notused:2;     /* Not used */
     unsigned encoding:4;
     unsigned lru:22;        /* lru time (relative to server.lruclock) */
     int refcount;
     void *ptr;
 } robj;
 
 int main(){
     robj oo = {1,2,3,4,5,NULL};
     printf("%d\n", oo.refcount); // 5
     
      // 位域：(4+2+4+22)/8 = 4
     //  4 + 4 + 8 = 16
     printf("%d\n", sizeof(robj)); // 16
     return 1;
 }

🐱robj oo = {1,2,3,4,5,NULL}对应的汇编代码

笔者使用的eclipse编译生成的汇编，我这里使用的GNUC套件，所以是AT&T的语法
这里我将汇编的每行解释，都进行了注释，方便理解

 20                  robj oo = {1,2,3,4,5,NULL};
 0000000000400549:   movzbl  -0x10(%rbp),%eax    // movzbl，代表低8位，也就是10，其余高位扩展为0，也就是0x0000_0010（因为是eax，e是32位）
                                             // 它开辟了16位的内存大小，从下面的代码对这个开辟的栈空间可看出，是用于临时变量存储
                                             // 但由于代码每个属性的栈赋值最多只需8位，它却开辟了16位？
                                             // 内存对齐，64位机，要求结构体以16byte对齐
                                             // 它的位数加起来是128位哦（32 + 32 + 64） = 128只是正好，但如果你是一个属性，他也开辟16byte
 // type赋值
 000000000040054d:   and     $0xfffffff0,%eax    // 截断eax低4位  --》 unsigned type:4; 初始化为0
 0000000000400550:   or      $0x1,%eax           // 将1与eax相与 --》 保存type的位域为1
 0000000000400553:   mov     %al,-0x10(%rbp)     // 低8位 放入rbp
 0000000000400556:   movzbl  -0x10(%rbp),%eax    // rbp低16位（其余是0填充）放入eax
 
 // notused赋值
 000000000040055a:   and     $0xffffffcf,%eax    // 截断从左数的5-6位 --》  unsigned notused:2; 初始化为0
 000000000040055d:   or      $0x20,%eax          // 将2和eax相与 --》保存notused为2 (使用or,保留之前的type的位域值)
 0000000000400560:   mov     %al,-0x10(%rbp)     // 将寄存器的低8位放入rbp
 0000000000400563:   movzwl  -0x10(%rbp),%eax    // 将rbp的低8位放入eax
 
 // encoding赋值
 0000000000400567:   and     $0xfc3f,%ax         // 截断从左数7-10，放入16位寄存器 --》unsigned encoding:4; 初始化为0
 000000000040056b:   or      $0xc0,%al           // 1100_0000,和寄存器的低8位相与操作 --》 保存enconding为3
 000000000040056d:   mov     %ax,-0x10(%rbp)     // 将16位的ax放入rbp里
 0000000000400571:   mov     -0x10(%rbp),%eax    // 将rbp（不做扩展0操作），放入32位eax
 
 // lru赋值
 0000000000400574:   and     $0x3ff,%eax         // 截断从左数11-32，放入32位寄存器 --》unsigned lru:22; 初始化为0
 0000000000400579:   or      $0x10,%ah           // 寄存器现在的位域值：0011_10_0001 ->encoding_notused_type
                                             	 // 0000_0000_1110_0001  高8_低8
                                             	 // 现在进行ah，也就是16位寄存器的高8位进行与操作，0001_0000 | 0000_0000
                                            	 // 得到lru的赋值
 000000000040057c:   mov     %eax,-0x10(%rbp)    // 放入rbp
 
 // refcount赋值
 000000000040057f:   movl    $0x5,-0xc(%rbp)     // 前面的位域在rbp的12-16（因为是与操作，所以是在12-16里操作的），现在-0xc(%rbp)从12赋值
 
 // ptr赋值
 0000000000400586:   movq    $0x0,-0x8(%rbp)     // 减8，进行0-8赋值这个地址

🚪这也是笔者画的图，方便更好的理解

 从汇编代码可看出来，就是对一个16byte的操作，进行不同地址段间的赋值，从而进行提高内存的使用率
 `robj`总共是32 + 32 + 64 = 128bit，占用了128/8 = 16byte

对于上面的汇编代码，开辟了16byte的内存空间，作为临时变量赋值存储，但我还需要强调一下，64位机，结构体需要内存是16byte，所以即使你是一个属性，也会开辟16byte哦

🐯对于底层来说，利用指针来指向操作的数据内存，在128位里，分段成不同的区间进行不同变量的赋值，这样Redis就很好的利用了内存空间，达到内存的高利用率。

从下面的图我们可以看出

0x00 ~ 0x8 存储的是ptr指针
0x8 ~ 0xc 存储的是refcount
0xc ~ 0x10 存储的是真正的数据
对于混合数据，又进行分位域属性，达到更好的利用率

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3. 总结

⭐️对于RedisObject，分析到这，可以很好的理解它本身出现的意义和作用

在C里通过指针地址来指向操作数据的地址空间，通过类型来定义操作多少byte内存空间大小，redisObject在进行了代码的高内聚抽象，形成了robj。

在通过不同的属性，进行封装，利用位域达到最大化的空间利用率，再通过汇编代码角度，进行了robj层面的理解