一句话总结
Redis 每种对外数据类型底层都有多种实现，根据数据量和元素大小自动切换：String → SDS（简单动态字符串）；List → quicklist（3.2+）；Hash → ziplist（小）或 dict（大）；Set → intset（纯整数小）或 dict；ZSet → ziplist（小）或 skiplist + dict（大）。核心设计理念：空间换时间、小数据用紧凑结构、大数据用高效结构。
初级理解
五种基本类型与底层编码
| 类型 | 底层编码（小数据） | 底层编码（大数据） |
|---|
| String | int / embstr | raw（SDS） |
| List | quicklist（3.2+） | quicklist |
| Hash | ziplist（压缩列表） | hashtable（dict） |
| Set | intset（整数集合） | hashtable（dict） |
| ZSet | ziplist（压缩列表） | skiplist + dict |
# 查看 key 的底层编码
OBJECT ENCODING mykey
# 示例
SET num 123
OBJECT ENCODING num # "int"（整数编码）
SET str "hello"
OBJECT ENCODING str # "embstr"（短字符串编码）
SET longstr "a very long string..."
OBJECT ENCODING longstr # "raw"（SDS 编码）
一句话总结：Redis 每种类型都有多种底层实现，小数据用紧凑结构省内存，大数据用高效结构提性能。
中级深入
SDS（Simple Dynamic String）— 为什么不用 C 字符串？
| C 字符串问题 | SDS 解决方案 |
|---|
| 获取长度 O(n)（遍历到 \0） | len 字段 O(1) 获取 |
| 拼接容易缓冲区溢出 | 自动扩容，不会溢出 |
| 不能存二进制（\0 截断） | len 判断结束，可存二进制 |
| 频繁修改导致内存重分配 | 预分配 + 惰性释放 |
# SDS 结构（Redis 3.2+ 分多种长度类型）
struct sdshdr {
int len; # 已使用长度
int free; # 剩余可用空间
char buf[];# 实际数据
};
# 空间预分配：扩容时多分配一些空间
# 惰性释放：缩短时不立即释放，用 free 记录
# embstr vs raw
# embstr: ≤44 字节，内存连续分配（一次 malloc）
# raw: >44 字节，内存分开分配（两次 malloc）
# embstr 是只读的，修改会转为 raw
ziplist（压缩列表）— 内存紧凑的列表
ziplist 是一块连续内存，由一系列 entry 组成，每个 entry 可以存整数或字符串。特点是内存紧凑，但插入删除需要移动内存（连锁更新风险）。
# ziplist 结构
# [zlbytes][zltail][zllen][entry1][entry2]...[entryN][zlend]
# zlbytes: 总字节数
# zltail: 最后一个 entry 的偏移（方便从尾部操作）
# zllen: entry 数量
# zlend: 结束标记 0xFF
# 使用条件（Hash/ZSet 默认配置）
# Hash: 元素 < 512 个 && 每个 value < 64 字节
# ZSet: 元素 < 128 个 && 每个 member < 64 字节
# 超过阈值自动转为 dict/skiplist
skiplist（跳表）— ZSet 的核心
跳表是多层有序链表，通过随机层高实现 O(log n) 的查找效率。相比红黑树，跳表实现简单、支持范围查询。
# 跳表结构
# Level 3: 1 ──────────────> 9
# Level 2: 1 ────> 5 ────> 9
# Level 1: 1 → 3 → 5 → 7 → 9
# Level 0: 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 8 → 9
# 查找 7：
# Level 3: 1 → 9（大于7，回退到1，下降）
# Level 2: 1 → 5 → 9（大于7，回退到5，下降）
# Level 1: 5 → 7（找到！）
# ZSet 为什么同时用 skiplist + dict？
# skiplist: 范围查询 ZRANGE（O(log n + m)）
# dict: 按 member 查 score（O(1)）
# 两者共享元素，不额外占用内存
中级要点：SDS 解决 C 字符串痛点；ziplist 紧凑但插入慢；skiplist 实现简单支持范围查询。
高级拓展
quicklist — Redis 3.2+ List 的底层
quicklist 是 linkedlist + ziplist 的结合体：双向链表，每个节点是一个 ziplist。兼顾了 linkedlist 的插入效率和 ziplist 的内存紧凑。
# quicklist 结构
# quicklist → node1(ziplist) ↔ node2(ziplist) ↔ node3(ziplist)
# 每个 ziplist 默认 8KB（可配置）
# 配置
# list-max-ziplist-size: 每个 quicklist 节点的 ziplist 最大大小
# list-compress-depth: 两端不压缩的节点数（两端常访问，中间压缩）
intset（整数集合）— Set 的小数据编码
intset 是有序整数数组，通过二分查找实现 O(log n) 查询。当 Set 中全是整数且数量较少时使用。
# intset 结构
struct intset {
uint32_t encoding; # 编码（INT16/INT32/INT64）
uint32_t length; # 元素数量
int8_t contents[]; # 有序整数数组
};
# 升级：插入 INT32 到 INT16 的 intset → 整个 intset 升级为 INT32
# 注意：只升级不降级！
实战场景
场景：ZSet 实现实时排行榜
# 用户积分排行榜
ZADD rank 100 user:1 200 user:2 150 user:3
# Top 3
ZREVRANGE rank 0 2 WITHSCORES
# user:2 200, user:3 150, user:1 100
# 查询 user:1 排名
ZREVRANK rank user:1 # 2（第3名，从0开始）
# 底层：skiplist 保证 O(log n) 插入和查询
# 为什么不用 MySQL ORDER BY？
# 1. Redis 内存操作，微秒级
# 2. skiplist 天然有序，不需要每次排序
# 3. 支持实时更新分数 ZINCRBY
面试模拟
面试官：Redis 的 String 底层是什么？
你：SDS（简单动态字符串）。相比 C 字符串：1）O(1) 获取长度（有 len 字段）；2）自动扩容防止缓冲区溢出；3）二进制安全（用 len 判断结束而非 \0）；4）空间预分配和惰性释放减少内存重分配。短字符串（≤44字节）用 embstr 编码，内存连续；长字符串用 raw 编码。
面试官：ZSet 为什么用跳表而不用红黑树？
你：1）跳表实现更简单，代码量少；2）跳表天然支持范围查询（ZRANGE），红黑树需要中序遍历；3）跳表通过随机层高实现概率平衡，插入效率与红黑树相当。ZSet 同时用 dict（O(1) 按 member 查 score）和 skiplist（O(log n) 范围查询），两者共享元素。