Redis是一款非常流行的开源内存数据库，它可以提供高速的数据访问和持久化功能。Redis的一个重要特点是它可以支持多种数据结构，如字符串、列表、集合、散列、有序集合等。这些数据结构可以满足不同的业务场景和需求，但也会带来一个问题：如何有效地管理和优化内存使用，以便在有限的资源下存储更多的数据？
在本文中，我们将探讨Redis如何存储1亿条数据，并且只占用很少的内存空间。我们将从以下几个方面进行分析：
1.Redis的内存分配策略
2.Redis的数据结构优化
3.Redis的内存回收机制
4.Redis的内存碎片整理
Redis的内存分配策略
Redis使用了一种称为jemalloc的内存分配器，它可以有效地减少内存碎片和浪费。jemalloc是一种基于大小类别的内存分配器，它将请求的内存大小划分为不同的区间，并为每个区间预先分配一定数量的连续内存块。当有新的内存请求时，jemalloc会根据请求的大小找到合适的区间，并从该区间中分配一个空闲的内存块。如果该区间没有空闲的内存块，则会从更大的区间中切割出一个新的块，并将剩余部分放回原来的区间。这样，jemalloc可以避免频繁地向操作系统申请和释放内存，从而提高性能和降低碎片。
Redis的数据结构优化
Redis针对不同的数据结构设计了不同的优化策略，以减少内存占用和提高访问效率。以下是一些常见的优化方法：
1.字符串：Redis使用了一种称为SDS（Simple Dynamic String）的结构来表示字符串，它比C语言中的字符串更加灵活和高效。SDS不仅可以动态调整长度，还可以预留一定空间以避免频繁扩容。此外，SDS还记录了字符串的长度信息，这样就可以避免使用strlen函数来计算长度，从而提高速度。
2.列表：Redis使用了两种结构来实现列表，一种是ziplist（压缩列表），另一种是linkedlist（双向链表）。ziplist是一种紧凑且连续的内存结构，它将多个元素按顺序存储在一块内存中，并使用特殊编码来压缩元素值和长度信息。ziplist适合存储小元素且长度较短的列表，因为它可以节省空间并提高访问速度。linkedlist是一种常见的链式结构，它将每个元素封装成一个节点，并通过指针连接起来。linkedlist适合存储大元素或长度较长的列表，因为它可以支持快速地插入和删除操作。
3.集合：Redis使用了两种结构来实现集合，一种是intset（整数集合），另一种是hashtable（哈希表）。intset是一种有序且不重复的整数数组，它可以高效地存储小范围的整数，并支持二分查找。intset适合存储只包含整数且元素数量较少的集合，因为它可以节省空间并提高查找速度。hashtable是一种基于散列函数的键值对结构，它可以存储任意类型的元素，并支持快速的增删改查操作。hashtable适合存储包含非整数或元素数量较多的集合，因为它可以提供更大的灵活性和扩展性。
4.散列：Redis使用了ziplist和hashtable两种结构来实现散列，它们的适用场景和优缺点与集合类似。不同的是，散列中的每个元素都是一个键值对，而集合中的每个元素都是一个单值。
5.有序集合：Redis使用了ziplist和skiplist（跳跃表）两种结构来实现有序集合，它们都可以保证元素按照分数从小到大排序。ziplist与列表中的ziplist相同，它适合存储小元素且长度较短的有序集合。