Redis是一种开源的、基于内存的、支持多种数据结构的键值对数据库。它具有高速、持久化、复制、事务、发布订阅等特性，被广泛应用于缓存、消息队列、排行榜等场景。本文将介绍Redis的内部结构和工作原理，帮助读者更好地理解和使用这个强大的工具。
Redis的内部结构可以分为三个层次：客户端、服务器和数据库。
客户端是指与Redis服务器进行通信的应用程序，它可以通过TCP协议或Unix域套接字发送命令给服务器，并接收服务器返回的响应。Redis提供了多种语言的客户端库，如Java、Python、Ruby等，方便开发者集成。
服务器是指运行Redis软件的进程，它负责接收和处理客户端的命令，以及管理数据库的数据。Redis服务器采用单线程模型，即只有一个线程负责执行所有的命令。这样可以避免多线程带来的锁竞争和上下文切换开销，保证了高效和简洁的设计。但是，这也意味着Redis服务器不能充分利用多核CPU的性能，因此需要通过部署多个实例来实现横向扩展。
数据库是指Redis服务器内存中存储数据的结构，它由一个全局字典和多个数据库组成。全局字典是一个哈希表，它存储了所有数据库的编号和指针。每个数据库也是一个哈希表，它存储了该数据库中所有键值对的映射关系。Redis支持16个数据库，默认使用第0号数据库。客户端可以通过select命令切换当前操作的数据库。
Redis支持五种基本数据类型：字符串、列表、集合、有序集合和哈希表。每种数据类型都有对应的命令来操作它们，例如set、get、lpush、lpop、sadd、srem、zadd、zrem、hset、hget等。每种数据类型都有自己的内部编码方式，例如字符串可以用int、raw或embstr来表示，列表可以用ziplist或linkedlist来表示，集合可以用intset或hashtable来表示，有序集合可以用ziplist或skiplist来表示，哈希表可以用ziplist或hashtable来表示。内部编码方式会根据数据的大小和特征自动选择，以达到节省空间和提高效率的目的。
除了基本数据类型，Redis还支持一些特殊数据类型，如位图（bitmap）、超级日志（hyperloglog）、地理位置（geospatial）等。这些数据类型都是基于字符串类型实现的，但是提供了更高级和更专业的功能和命令。
Redis的工作原理可以分为三个方面：事件驱动、持久化和复制。
事件驱动是指Redis服务器通过一个事件循环来处理客户端连接、网络通信和文件操作等事件。事件循环使用多路复用技术（如epoll或kqueue）来监听多个文件描述符（socket或文件）上发生的可读或可写事件，并调用相应的事件处理器来执行相应的操作。