面试题：Redis对象内存回收自动化实现中的数据结构及优化

Question

在Redis对象内存回收自动化实现过程中，涉及到哪些关键的数据结构？如何通过这些数据结构进行内存管理的优化，以提升回收效率？

Answer 1

关键数据结构

1. Redis对象（redisObject）：这是Redis中所有数据类型的基础结构。它包含了对象的类型（如字符串、哈希、列表等）、编码方式、引用计数以及指向实际数据的指针等信息。引用计数机制用于跟踪对象被引用的次数，当引用计数变为0时，该对象就可以被回收。例如，当一个客户端对某个键值对进行DEL操作时，对应值对象的引用计数会减1 。
2. 字典（dict）：Redis使用字典来存储键值对。字典中的每个键值对都关联着一个redisObject。在回收内存时，需要遍历字典来查找不再被使用的键值对。例如，在执行FLUSHDB等清空数据库操作时，就是遍历整个字典，将其中所有的键值对对象的引用计数减1（如果有其他地方引用这些对象的话），进而触发内存回收。
3. 链表（adlist）：对于一些数据类型，如列表（list），Redis内部使用链表来实现。链表节点中包含指向前一个和后一个节点的指针以及节点值（也是redisObject）。当列表中的元素被删除时，对应的节点对象的引用计数会变化，若变为0则可回收其内存。

内存管理优化及提升回收效率的方法

1. 基于引用计数的即时回收：利用redisObject的引用计数机制，当对象的引用计数变为0时，立即释放该对象占用的内存。例如，对于一个简单的字符串对象，当它不再被任何键引用时，直接释放其占用的内存空间，减少内存碎片的产生。
2. 惰性删除与定期删除结合：对于字典中的键值对，采用惰性删除和定期删除策略。惰性删除是指在客户端访问某个键时，检查该键是否过期，如果过期则删除并回收内存。定期删除则是Redis在后台定期随机检查一部分键，删除过期键并回收内存。通过这两种方式结合，可以在不影响主线程性能的前提下，及时回收过期键值对占用的内存。
3. 内存碎片整理：Redis提供了内存碎片整理的功能。当发现内存碎片率过高时，可以通过配置参数或者执行特定命令，让Redis对内存进行整理，将碎片化的空闲内存合并，提高内存利用率。这一过程中，需要操作上述数据结构，重新组织对象在内存中的布局，减少内存空洞。例如，对于链表结构的数据，在整理内存时可能会重新分配节点的内存地址，使它们在内存中更加紧凑。