Redis是一个开源的、基于内存的、支持多种数据结构的键值存储系统，它可以用作数据库、缓存或消息队列。Redis的数据结构包括字符串、列表、集合、有序集合、哈希表、位图、地理位置等，它们都有各自的特点和用途。但是，你知道Redis是如何在底层实现这些数据结构的吗？本文将揭示Redis数据结构背后的原理和技巧，以及它们对Redis的性能和内存占用的影响。
字符串
字符串是Redis最基本的数据结构，它可以存储任意长度的二进制数据，比如文本、图片、音频等。字符串的底层实现是一个名为sdshdr的结构体，它包含了以下几个字段：
1.len：字符串的长度，即已使用的字节数
2.free：字符串剩余的可用空间，即未使用的字节数
3.buf：字符串的内容，即字节数组
例如，一个值为\"hello\"的字符串在Redis中的表示如下：
注意，buf中有一个额外的空字符\\0作为字符串的结束标志，但是它不计入len和free中。
Redis使用了一种叫做空间预分配和惰性释放的策略来优化字符串的内存分配和释放。具体来说，当字符串需要扩容时，Redis会根据字符串当前的长度来决定分配多少额外的空间：
1.如果字符串长度小于1MB，那么分配和当前长度相同的空间
2.如果字符串长度大于等于1MB，那么分配1MB的空间
例如，如果一个长度为5字节的字符串需要扩容，那么Redis会分配5字节的额外空间，使得字符串变成如下：
这样做的好处是可以减少内存分配和复制的次数，提高性能。当然，这也会造成一些内存浪费，但是对于小于1MB的字符串来说，这种浪费是可以接受的。
另一方面，当字符串需要缩容时，Redis并不会立即释放多余的空间，而是将其记录在free字段中，以备后用。例如，如果一个长度为10字节且有10字节剩余空间的字符串被缩减为5字节，那么Redis会将其表示为如下：
这样做的好处是可以避免频繁地申请和释放内存，减少内存碎片。当然，这也会造成一些内存浪费，但是如果字符串后续又需要扩容，那么这些空间就可以被重复利用。
通过空间预分配和惰性释放，Redis可以在保证性能的同时，尽量减少内存浪费。
列表是Redis的另一种常用的数据结构，它可以存储多个字符串，支持在头部或尾部插入或删除元素，以及按索引或范围访问元素。列表的底层实现有两种方式，一种是压缩列表，另一种是双向链表。