Redis是一款非常流行的开源内存数据库，它支持多种数据类型，包括字符串、列表、集合、散列、有序集合和位图等。这些数据类型可以满足不同的应用场景，例如缓存、计数器、消息队列、排行榜等。但是，您知道Redis是如何在底层实现这些数据类型的吗？Redis的底层数据存储结构对于Redis的性能和内存占用有着重要的影响，了解它们的原理和优化技巧可以帮助您更好地使用和优化Redis。
在本文中，我们将介绍Redis的五种基本数据结构，它们分别是简单动态字符串（SDS）、双端链表（linkedlist）、字典（dict）、跳跃表（skiplist）和整数集合（intset）。我们将分析它们的特点和优势，并举例说明它们是如何应用于Redis的各种数据类型的。
简单动态字符串（SDS）
简单动态字符串（SDS）是Redis的默认字符串表示方式，它是一种二进制安全的可变长度字符串。SDS由一个结构体和一个字符数组组成，结构体中包含了字符串的长度、可用空间和字符数组的指针。字符数组中存储了实际的字符串内容，并以空字符结尾。
SDS相比于C语言中的原生字符串有以下几个优点：
1.二进制安全：SDS可以存储任意格式的数据，包括图片、音频、视频等，而不仅仅是文本。这是因为SDS不依赖于空字符来判断字符串的结束，而是通过长度属性来获取字符串的长度。
2.避免缓冲区溢出：SDS在进行字符串修改操作时，会先检查可用空间是否足够，如果不够，会自动扩展字符数组的大小，并保留一定的预分配空间，以减少内存重分配的次数。这样可以避免因为字符串长度超过字符数组大小而导致的缓冲区溢出问题。
3.减少内存碎片：SDS在进行字符串缩短操作时，并不会立即释放多余的空间，而是将其标记为可用空间，以备后续使用。这样可以减少因为频繁分配和释放小块内存而导致的内存碎片问题。当然，如果可用空间过大，SDS也会释放一部分空间，以避免浪费内存。
4.提高性能：SDS通过长度属性可以快速获取字符串的长度，而不需要像C语言中那样遍历整个字符串。这样可以提高一些依赖于字符串长度的操作的性能，例如拼接、复制、比较等。
Redis中的字符串类型就是基于SDS实现的，它可以存储最大512MB的任意数据。另外，Redis中的其他数据类型也会用到SDS作为底层的数据结构，例如列表、散列和有序集合等。
双端链表（linkedlist）
双端链表（linkedlist）是一种由多个节点组成的线性数据结构，每个节点包含了一个值和两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。双端链表的第一个节点称为头节点，最后一个节点称为尾节点，头节点的前一个节点和尾节点的后一个节点都是空指针。双端链表还有一个结构体，用来存储链表的长度和头尾节点的指针。
双端链表相比于数组有以下几个优点：
1.动态扩展：双端链表不需要连续的内存空间，可以动态地在任意位置插入或删除节点，而不需要移动其他元素。这样可以避免因为数组扩容而导致的内存重分配和数据复制问题。
2.双向遍历：双端链表可以从头到尾或从尾到头遍历，这样可以方便地实现一些特定的操作，例如逆序输出等。
Redis中的列表类型就是基于双端链表实现的，它可以存储任意数量的任意类型的元素。Redis的列表类型支持在头尾两端进行快速的插入和删除操作，也支持在中间位置进行查找和修改操作，但是效率较低。另外，Redis中的发布订阅模式也使用了双端链表作为底层的数据结构，用来存储订阅者的信息。
字典（dict）是一种由键值对组成的数据结构，它可以通过键来快速访问或修改对应的值。字典由一个结构体和两个哈希表组成，结构体中包含了哈希表的指针、大小、已用节点数、负载因子等信息。哈希表是一个数组，每个元素是一个指向链表的指针，链表中存储了多个键值对。当插入一个键值对时，会先计算键的哈希值，然后根据哈希值在数组中找到对应的位置，再将键值对插入到链表中。当查找或修改一个键值对时，也会先计算键的哈希值，然后根据哈希值在数组中找到对应的位置，再在链表中遍历查找或修改键值对。