Redis是一个开源的、基于内存的、支持多种数据类型的键值存储系统。它可以用作数据库、缓存、消息队列等场景，具有高性能、高可用、高扩展等特点。但是，你知道Redis是如何实现这些功能的吗？本文将从底层数据结构的角度，介绍Redis是如何存储和操作不同类型的数据的。
Redis支持五种基本数据类型：字符串（string）、列表（list）、集合（set）、有序集合（sorted set）和哈希（hash）。除此之外，还有一些特殊类型，如位图（bitmap）、地理位置（geo）和流（stream）。每种数据类型都有其适用的场景和操作，但是在底层，它们都是由一种或多种基础数据结构来实现的。Redis使用了以下几种基础数据结构：
1.简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）：这是Redis实现字符串类型的数据结构，它比C语言中的原生字符串更加灵活和高效。SDS由一个结构体和一个字节数组组成，结构体中记录了字符串的长度、可用空间和二进制安全标志，字节数组则存储了实际的字符串内容。SDS具有以下优点：
避免缓冲区溢出：SDS在修改字符串时，会检查可用空间是否足够，如果不够，会自动扩展空间，并预留一些额外空间，以减少内存分配次数。
减少内存分配次数：SDS在修改字符串时，会根据不同的情况，采用不同的空间预分配策略。例如，如果字符串长度小于1MB，那么在扩展空间时，会分配与当前长度相同的额外空间；如果字符串长度大于等于1MB，那么在扩展空间时，会分配1MB的额外空间。这样可以避免频繁地进行小额内存分配。
二进制安全：SDS不以\\0作为字符串结束符，而是以长度来判断字符串是否结束。这样可以保证SDS可以存储任意类型的数据，包括图片、音频、视频等二进制数据。
获取长度时间复杂度为O(1)：SDS在结构体中记录了字符串的长度，因此可以在常数时间内获取字符串长度，而不需要像C语言中那样遍历整个字符串。
1.链表（linked list）：这是Redis实现列表、发布订阅、慢查询、监视器等功能的数据结构。链表由多个节点组成，每个节点包含一个指向前一个节点和后一个节点的指针，以及一个保存实际值的指针。链表具有以下优点：
插入和删除时间复杂度为O(1)：链表在头部或尾部插入或删除节点时，只需要修改相邻节点的指针即可，不需要移动其他节点或分配额外空间。
可以存储不同类型的值：链表中每个节点保存的值是一个指针，因此可以指向任意类型的数据，包括字符串、整数、浮点数、对象等。
可以快速获取表头和表尾元素：链表中有两个指针分别指向表头和表尾节点，因此可以在常数时间内获取链表的第一个和最后一个元素。
1.字典（dictionary）：这是Redis实现哈希、集合、有序集合等功能的数据结构。字典由两个哈希表组成，每个哈希表包含一个数组和一个大小，数组中的每个元素是一个链表，链表中的每个节点是一个键值对。字典具有以下优点：
支持快速查找、插入和删除：字典使用哈希函数将键映射到数组的某个位置，然后在该位置的链表中查找、插入或删除键值对。如果链表的长度不超过一定阈值，那么这些操作的时间复杂度可以近似为O(1)。
支持动态扩展和收缩：字典在插入或删除键值对时，会根据当前的负载因子（即已用节点数与数组大小的比值）来判断是否需要扩展或收缩空间。