Redis 教程：String 类型详解与底层实现原理

前言#

String 是 Redis 中最基础、最常用的数据类型。它可以存储字符串、整数、浮点数，甚至是序列化后的二进制数据（如图片、JSON），单个 value 最大可存 512MB。

String 类型常用命令#

# 设置与获取
SET key value
GET key

# 批量操作
MSET k1 v1 k2 v2
MGET k1 k2

# 仅当 key 不存在时设置（常用于分布式锁）
SETNX key value

# 设置过期时间（秒 / 毫秒）
SETEX key 60 value
PSETEX key 60000 value

# 追加字符串，返回追加后的长度
APPEND key value

# 获取子串，范围是闭区间 [start, end]
GETRANGE key 0 3

# 从 offset 位置开始覆盖
SETRANGE key 6 "Redis"

# 返回字符串长度
STRLEN key

# 计数（value 必须是整数或浮点数）
INCR counter
INCRBY counter 10
DECR counter
DECRBY counter 5
INCRBYFLOAT price 0.5

典型使用场景#

1. 缓存对象#

把对象序列化成 JSON 字符串存入 Redis，读取时反序列化：

redis.set("user:1001", JSON.toJSONString(user));
User user = JSON.parseObject(redis.get("user:1001"), User.class);

2. 计数器#

利用 INCR 的原子性实现文章阅读量、点赞数、接口限流等：

INCR article:1001:views

3. 分布式锁#

SET lock:order uniqueValue NX EX 30

NX 保证只有 key 不存在时才设置，EX 30 设置过期时间防止死锁，value 存唯一标识用于释放锁时校验。

4. 全局唯一 ID#

利用 INCR 的原子递增特性生成自增 ID。

底层实现：SDS 动态字符串#

Redis 并没有直接使用 C 语言的字符串（以 \0 结尾的字符数组），而是自己实现了 SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串）。

SDS 的结构#

struct sdshdr {
    int len;     // 记录 buf 中已使用的字节数，即字符串长度
    int free;    // 记录 buf 中未使用的字节数
    char buf[];  // 字节数组，保存实际字符串
};

SDS 相比 C 字符串的优势#

1. O(1) 获取长度：C 字符串要遍历整个数组才能得到长度（O(N)），SDS 直接读 len 字段，复杂度 O(1)，这也是 STRLEN 命令极快的原因。
2. 杜绝缓冲区溢出：C 字符串拼接（strcat）可能覆盖已有数据。SDS 修改前会先检查 free 空间，不足则自动扩容。
3. 减少内存重分配次数：通过空间预分配（修改后 len 小于 1MB 时分配 double 的 free 空间，大于 1MB 时多分配 1MB）和惰性释放（缩短时不立即回收内存，而是记在 free 里，后续再用）两种策略，减少频繁的内存分配。
4. 二进制安全：C 字符串遇到 \0 就认为结束，不能存二进制数据。SDS 用 len 判断结束，可以存储图片、序列化对象等任意二进制数据。
5. 兼容部分 C 函数：SDS 的 buf 末尾仍保留 \0，可以复用一部分 C 标准库函数。

编码方式#

String 类型有三种内部编码，Redis 会自动选择：

• int：value 是整数且能用 long 表示
• embstr：字符串长度小于等于 44 字节，redisObject 与 SDS 一次性分配在连续内存中，只需一次内存分配，适合短字符串（只读场景）
• raw：长度大于 44 字节，需要两次内存分配

可以用命令查看编码：

SET num 123
OBJECT ENCODING num   # 返回 int

SET str "hello"
OBJECT ENCODING str   # 返回 embstr

SET str "一个超过 44 字节的长字符串……"
OBJECT ENCODING str   # 返回 raw

embstr 与 raw 的分界线是 44 字节，因为一个 redisObject 头部占 16 字节，SDS 头部占 3 字节（sdshdr8 结构），加上结尾 \0 的 1 字节，正好 44 + 16 + 3 + 1 = 64 字节，即一个 CPU 缓存行能容纳的 jemalloc 分配单元。

Redis 为什么这么快#

1. 纯内存操作#

数据全部存储在内存中，读写速度远超磁盘数据库，这是最根本的原因。

2. 单线程模型避免上下文切换#

命令执行采用单线程（6.0 之前包括网络 IO 也是单线程），没有多线程的锁竞争和上下文切换开销，也不存在死锁问题。注意：Redis 的慢只慢在 IO 层面，纯内存操作本身极快，单线程足够撑起十万级 QPS。

3. IO 多路复用#

基于 epoll（Linux）/ kqueue（FreeBSD）实现非阻塞 IO 多路复用，单线程可以同时监听大量客户端连接，谁有数据就处理谁。

4. 高效的数据结构#

不同类型对应不同底层编码（如 SDS、跳表、压缩列表、整数集合等），针对不同数据规模选择最合适的结构，用空间换时间。

5. 6.0 引入多线程 IO#

Redis 6.0 开始，网络请求的解析和响应回写可以由多个 IO 线程并行处理，但命令执行仍然是单线程，进一步提升了吞吐量。

总结#

• String 是 Redis 最常用的类型，典型场景有缓存、计数器、分布式锁、全局 ID。
• 底层基于 SDS 实现，支持 int、embstr、raw 三种编码，44 字节是 embstr 和 raw 的分界线。
• Redis 快的原因：内存操作、单线程无切换、IO 多路复用、高效数据结构。