1. 字符串对象的结构
下图展示了字符串对象的结构，首先是一个redisObject表头，表头中规定了对象类型以及对象所使用的编码，ptr指针则指向了一个sdshdr表头，sdshdr结构中的buf数组保存着实际的字符串.
2. 字符串对象编码
2.1 编码使用规则
前面我们说到，Redis中的一种对象有着多种底层数据结构的实现. 而String对象的编码有三种，见下表：
| encoding | ptr |
|---|---|
| OBJ_ENCODING_INT | 整数值实现的字符串对象 |
| OBJ_ENCODING_EMBSTR | embstr 编码的简单动态字符串实现的字符串对象 |
| OBJ_ENCODING_RAW | 简单动态字符串实现的字符串对象 |
各种编码的使用规则是这样的：
- 字符串保存的值是整数，并且该整数可以用long类型表示，使用OBJ_ENCODING_INT编码.
- 字符串保存的对象是一个字符串值，并且字符串的长度小于44字节，使用OBJ_ENCODING_EMBSTR编码. （redis使用jemalloc内存分配器，且jemalloc会分配8，16，32，64等字节的内存，一个embstr固定的大小为16+3+1 = 20个字节，因此一个最大的embstr字符串为64-20 = 44字节.）
- 字符串保存的对象是一个字符串值，并且字符串的大于44字节，使用OBJ_ENCODING_RAW编码.
2.2 编码转换
int和embstr编码的字符串对象满足一定的条件，会被转化为raw编码的字符串对象.
- 对int和embstr字符串对象使用APPEND命令，对象会变成raw编码.
- int编码的整数字符串超出long能表示的范围，或者embstr编码的字符串超过44字节，都会变成raw编码.
需要说明的是，embstr编码是专门用于保存短字符串的一种优化编码方式，这种编码和raw编码是一样的，但raw编码会调用两次内存分配函数来分别创建redisObject结构和sdshdr结构，而embstr编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间，这一块空间中直接就包含了上面的两个部分，如下图所示：
使用embstr编码的字符串对象来保存短字符串有以下好处：
- embstr编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从raw编码的两次降低为一次.
- 释放embstr编码的字符串对象只需要调用一次内存释放函数，而释放raw编码的字符串对象需要调用两次内存释放函数.
- 因为embstr编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面，所以这种编码的字符串对象比起raw编码的字符串对象能够更好地利用缓存带来的优势.
其次，Redis没有为embstr编码的字符串编写任何相应的修改程序，所以embstr编码的字符串实际上是可读的，任何对它进行修改的操作，都会让它变为raw编码.
3. 字符串对象命令介绍
| 命令 | 描述 |
|---|---|
| SET key value | 设置指定 key 的值 |
| GET key | 获取指定 key 的值 |
| GETRANGE key start end | 返回 key 中字符串值的子字符 |
| GETSET key value | 将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值（old value） |
| GETBIT key offset | 对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位（bit） |
| MGET key1 [key2…] | 获取所有（一个或多个）给定 key 的值 |
| SETBIT key offset value | 对 key 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位（bit） |
| SETEX key seconds value | 将值 value 关联到 key ，并将 key 的过期时间设为 seconds （以秒为单位） |
| SETNX key value | 只有在 key 不存在时设置 key 的值 |
| SETRANGE key offset value | 用 value 参数覆写给定 key 所储存的字符串值，从偏移量 offset 开始 |
| STRLEN key | 返回 key 所储存的字符串值的长度 |
| MSET key value [key value …] | 同时设置一个或多个 key-value 对 |
| MSETNX key value [key value …] | 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在 |
| PSETEX key milliseconds value | 这个命令和 SETEX 命令相似，但它以毫秒为单位设置 key 的生存时间，而不是像 SETEX 命令那样，以秒为单位 |
| INCR key | 将 key 中储存的数字值增一 |
| INCRBY key increment将 key | 所储存的值加上给定的增量值（increment） |
| INCRBYFLOAT key increment | 将 key 所储存的值加上给定的浮点增量值（increment） |
| DECR key | 将 key 中储存的数字值减一 |
| DECRBY key decrementkey | 所储存的值减去给定的减量值（decrement） |
| APPEND key value | 如果 key 已经存在并且是一个字符串， APPEND 命令将 value 追加到 key 原来的值的末尾 |
4. 字符串对象命令的实现
字符串对象命令的实现代码在t_string.c源文件中.
4.1 SET命令
#define OBJ_SET_NO_FLAGS 0
// 在key不存在的情况下才会设置
#define OBJ_SET_NX (1<<0)
// 在key存在的情况下才会设置
#define OBJ_SET_XX (1<<1)
// 以秒(s)为单位设置键的key过期时间
#define OBJ_SET_EX (1<<2)
// 以毫秒(ms)为单位设置键的key过期时间
#define OBJ_SET_PX (1<<3)
// setGenericCommand() 函数是以下命令: SET, SETEX, PSETEX, SETNX 的最底层实现
// flags 可以是NX或XX，由上面的宏提供
// expire 定义key的过期时间，格式由unit指定
// ok_reply和abort_reply保存着回复client的内容，NX和XX也会改变回复
// 如果ok_reply为空，则使用 "+OK"
// 如果abort_reply为空，则使用 "$-1"
void setGenericCommand(client *c, int flags, robj *key, robj *val, robj *expire, int unit, robj *ok_reply, robj *abort_reply) {
// 初始化，避免错误
long long milliseconds = 0;
// 如果定义了key的过期时间
if (expire) {
// 从expire对象中取出值，保存在milliseconds中，如果出错发送默认的信息给client
if (getLongLongFromObjectOrReply(c, expire, &milliseconds, NULL) != C_OK)
return;
// 如果过期时间小于等于0，则发送错误信息给client
if (milliseconds <= 0) {
addReplyErrorFormat(c,"invalid expire time in %s",c->cmd->name);
return;
}
// 如果unit的单位是秒，则需要转换为毫秒保存
if (unit == UNIT_SECONDS) milliseconds *= 1000;
}
// lookupKeyWrite函数是为执行写操作而取出key的值对象
// 如果设置了NX(不存在)，但是在数据库中 可以找到 该key
// 或者设置了XX(存在)，但是在数据库中 不可以找到 该key
// 回复abort_reply给client
if ((flags & OBJ_SET_NX && lookupKeyWrite(c->db,key) != NULL) ||
(flags & OBJ_SET_XX && lookupKeyWrite(c->db,key) == NULL))
{
addReply(c, abort_reply ? abort_reply : shared.nullbulk);
return;
}
// db.c文件中的函数，在当前db设置键为key的值为val
setKey(c->db,key,val);
// 设置数据库为脏(dirty)，服务器每次修改一个key后，都会对脏键(dirty)增1
server.dirty++;
// 设置key的过期时间
// mstime()返回毫秒为单位的格林威治时间
if (expire) setExpire(c->db,key,mstime()+milliseconds);
// 发送"set"事件的通知，用于发布订阅模式，通知客户端接受发生的事件
notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"set",key,c->db->id);
// 发送"expire"事件通知
if (expire) notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_GENERIC,
"expire",key,c->db->id);
// 设置成功，则向客户端发送ok_reply
addReply(c, ok_reply ? ok_reply : shared.ok);
}
4.2 GET命令
// GET 命令的底层实现
int getGenericCommand(client *c) {
robj *o;
// lookupKeyReadOrReply函数是为执行读操作而返回key的值对象，找到返回该对象，找不到会发送信息给client
// 如果key不存在直接，返回0表示GET命令执行成功
if ((o = lookupKeyReadOrReply(c,c->argv[1],shared.nullbulk)) == NULL)
return C_OK;
// 如果key的值的编码类型不是字符串对象
if (o->type != OBJ_STRING) {
addReply(c,shared.wrongtypeerr); //返回类型错误的信息给client，返回-1表示GET命令执行失败
return C_ERR;
} else {
addReplyBulk(c,o); //返回之前找到的对象作为回复给client，返回0表示GET命令执行成功
return C_OK;
}
}
4.3 DECR 和 INCR 命令
// DECR key 将 key 中储存的数字值减一
// INCR key 将 key 中储存的数字值增一
//INCR和DECR命令的底层实现
void incrDecrCommand(client *c, long long incr) {
long long value, oldvalue;
robj *o, *new;
o = lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]); //以写操作获取key的value对象
// 找到了value对象但是value对象不是字符串类型，直接返回
if (o != NULL && checkType(c,o,OBJ_STRING)) return;
// 将字符串类型的value转换为long long类型保存在value中
if (getLongLongFromObjectOrReply(c,o,&value,NULL) != C_OK) return;
// 备份旧的value
oldvalue = value;
// 如果incr超出long long类型所能表示的范围，发送错误信息
if ((incr < 0 && oldvalue < 0 && incr < (LLONG_MIN-oldvalue)) ||
(incr > 0 && oldvalue > 0 && incr > (LLONG_MAX-oldvalue))) {
addReplyError(c,"increment or decrement would overflow");
return;
}
value += incr; //计算新的value值
// value对象目前非共享，编码为整型类型，且新value值不在共享范围，且value处于long类型所表示的范围内
if (o && o->refcount == 1 && o->encoding == OBJ_ENCODING_INT &&
(value < 0 || value >= OBJ_SHARED_INTEGERS) &&
value >= LONG_MIN && value <= LONG_MAX)
{
new = o;
// 设置vlaue对象的值
o->ptr = (void*)((long)value);
} else {
// 当不满足以上任意条件，则新创建一个字符串对象
new = createStringObjectFromLongLong(value);
// 如果之前的value对象存在
if (o) {
// 用new对象去重写key的值
dbOverwrite(c->db,c->argv[1],new);
} else {
// 如果之前的value不存在，将key和new组成新的key-value对
dbAdd(c->db,c->argv[1],new);
}
}
// 当数据库的键被改动，则会调用该函数发送信号
signalModifiedKey(c->db,c->argv[1]);
// 发送"incrby"事件通知
notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"incrby",c->argv[1],c->db->id);
// 设置脏键
server.dirty++;
// 回复信息给client
addReply(c,shared.colon);
addReply(c,new);
addReply(c,shared.crlf);
}
4.4 APPEND 命令
// APPEND key value 追加字符串
// APPEND命令的实现
void appendCommand(client *c) {
size_t totlen;
robj *o, *append;
// 以写操作获取key的value对象
o = lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]);
// 如果没有获取到vlaue，则要创建一个
if (o == NULL) {
// 对参数value进行优化编码
c->argv[2] = tryObjectEncoding(c->argv[2]);
// 将key和value组成新的key-value对
dbAdd(c->db,c->argv[1],c->argv[2]);
// 增加value的引用计数
incrRefCount(c->argv[2]);
// 返回vlaue的长度
totlen = stringObjectLen(c->argv[2]);
} else {
// 获取到value
// 如果value不是字符串类型的对象直接返回
if (checkType(c,o,OBJ_STRING))
return;
/* "append" is an argument, so always an sds */
// 获得追加的值对象
append = c->argv[2];
// 计算追加后的长度
totlen = stringObjectLen(o)+sdslen(append->ptr);
// 如果追加后的长度超出范围，则返回
if (checkStringLength(c,totlen) != C_OK)
return;
// 因为要根据value修改key的值，因此如果key原来的值是共享的，需要解除共享，新创建一个值对象与key组对
o = dbUnshareStringValue(c->db,c->argv[1],o);
// 将vlaue对象的值后面追加上append的值
o->ptr = sdscatlen(o->ptr,append->ptr,sdslen(append->ptr));
// 计算出追加后值的长度
totlen = sdslen(o->ptr);
}
// 当数据库的键被改动，则会调用该函数发送信号
signalModifiedKey(c->db,c->argv[1]);
// 发送"append"事件通知
notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"append",c->argv[1],c->db->id);
// 设置脏键
server.dirty++;
// 发送追加后value的长度给client
addReplyLongLong(c,totlen);
}