Redis的zmalloc函数实例分析
我们直接来看 Redis 源码（不是最新版本）中自定义的 zmalloc 函数，该函数与 malloc 等常规函数的使用方式完全一致，不同的在于其内部的具体实现细节。
void *zmalloc(size_t size) {
// 分配内存；
void *ptr = malloc(size + PREFIX_SIZE);
// 分配失败抛出异常；
if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);
// 系统是否可以使用”malloc_size“函数？
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr));
return ptr;
#else
// 在数据域保存分配数据的实际大小；
*((size_t*)ptr) = size;
// 计算对齐后的内存使用大小，并更新”used_memory“变量；
update_zmalloc_stat_alloc(size + PREFIX_SIZE);
// 返回数据体的初始位置；
return (char*)ptr + PREFIX_SIZE;
#endif
}
其实，标准库中的 malloc 函数已经能够自动为分配的内存实现对齐，因此 zmalloc 方法在这里其主要目的是为了能够精确地计算每一次数据存储时所分配的内存大小。在每一次分配内存时，zmalloc 都会在该次分配的数据内存大小的基础上再加上一个 PREFIX_SIZE 大小的额外内存空间，这个 PREFIX_SIZE 宏代表了当前系统的最大内存寻址空间大小（size_t），其依赖于具体系统的类型不同而不同。这里我们可以简称这个 PREFIX_SIZE 大小的空间为一个存储单元的“数据头”部分。
初版 Redis 的存储单元结构
如上图所示，通过 *((size_t*)ptr) = size;
语句，Redis 在当前分配内存块的前 PREFIX_SIZE 个字节，即数据头内存储了本次实际分配的数据块大小，而在后面 ”size“ 大小的内存空间中才真正存放了二进制的数据实体。在这里名为 update_zmalloc_stat_alloc 的函数在其内部会维护一个名为 used_memory 的全局变量，该变量累加了每次新分配的内存大小。函数在最后返回了一个偏移的指针，指向了当前分配内存的数据体部分。update_zmalloc_stat_alloc 函数的具体实现细节如下。
#define update_zmalloc_stat_alloc(__n) do {
size_t _n = (__n);
// 手动内存补齐；
if (_n&
(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&
(sizeof(long)-1));
atomicIncr(used_memory, __n);
} while(0)
这里需要注意的重点是 _n += sizeof(long)-(_n&
(sizeof(long)-1));
这行语句。整个宏函数首先判断本次分配的内存大小是否为 sizeof(long) 大小的整数倍（64位机对应着8字节的内存对齐；32位机则对应着4字节的内存对齐），如果不是则通过我们之前给出的语句在该数据段后添加相应的占位空间来补足位数以满足内存对齐（4/8字节）的要求。最后的 atomicIncr 函数用来在保证线程安全的情况下更新全局的 used_memory 变量值。
而该版本 Redis 中内存释放与其内存分配的过程则正好相反。如下所示代码为对应 ”zfree“ 函数的实现细节。首先该函数通过 (char*)ptr-PREFIX_SIZE 语句（向内存低地址移动）指向了包含有该数据块实际占用大小的数据域首地址，然后通过 *((size_t*)realptr) 语句获得到了该数据块分配的真实内存大小（不包含内存对齐区域）。最后再通过 update_zmalloc_stat_free 函数来更新全局变量 used_memory 的值，并释放该段内存。
void zfree(void *ptr) {
#ifndef HAVE_MALLOC_SIZE
void *realptr;
size_t oldsize;
#endif
if (ptr == NULL) return;
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
update_zmalloc_stat_free(zmalloc_size(ptr));
free(ptr);
#else
realptr = (char*)ptr-PREFIX_SIZE;
oldsize = *((size_t*)realptr);
update_zmalloc_stat_free(oldsize+PREFIX_SIZE);
free(realptr);
#endif
}
如下所示，这里如果我们再来看 update_zmalloc_stat_free 函数的实现细节，你会发现它与之前的 update_zmalloc_stat_alloc 函数其执行过程类似。通过计算需要补足的内存字节大小，并从 used_memory 变量中减去相应大小的内存空间，即可实现对内存空间使用率的精确计算。
#define update_zmalloc_stat_free(__n) do { \
size_t _n = (__n);
\
if (_n&
(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&
(sizeof(long)-1));
\
atomicDecr(used_memory,__n);
\
} while(0)
Redis是一个广泛应用于缓存和消息队列等场景的开源数据库，其内部实现采用C语言编写。其中，zmalloc函数是Redis内存管理功能的核心函数之一，而其实现机制也是Redis的性能和稳定性的关键因素之一。在本文中，我们将通过实例分析zmalloc函数，从多个角度来探究Redis内存管理的实现机制，为其性能和稳定性提供一定的参考依据。
一、Redis内存管理的概述
Redis作为一个内存数据库，其内部存储结构固然很重要，但其内存管理机制同样不可忽视。Redis在内存管理中采用了自己的内存分配方式，即zmalloc函数。其特点是由Redis自行维护内存池，类似于C++中的堆（heap）。
二、zmalloc函数的实现机制
zmalloc函数的主要功能是向Redis内存池中申请空间，并返回一个指向该空间的指针。这个函数的实现采用C语言编写，主要包括以下几个步骤：
1. 判断是否有足够的空间供申请
2. 分配内存，如果申请失败则触发Redis内存溢出的处理机制
3. 更新Redis内存池的状态信息并返回内存指针
三、Redis内存管理的优势和劣势
相对于传统的内存管理方式，Redis的内存管理机制具有一些明显的优势。例如，因为内存池的存在，可以提高内存的利用率和效率，减少内存碎片。同时，内存池还可以降低内存分配的开销，提高Redis的性能。然而，这种内存分配方式也有一些劣势，例如内存池自身消耗内存，而且在面对半可持久化的场景时，Redis的内存分配机制将变得更加复杂。
四、Redis的内存回收机制
除了内存分配机制外，Redis的内存回收机制同样非常重要。Redis内存回收机制的主要任务是回收不再使用的内存，并将其返还给内存池。在Redis的内存回收机制中，主要包括以下几个流程：
1. 根据Redis中对内存的管理情况，判断哪些内存块不再使用
2. 将这些内存块的指针和大小信息更新到Redis的内存池中
3. 释放不再使用的内存
五、Redis内存管理的案例分析
通过以上对Redis内存管理机制的概述和对zmalloc函数的详细分析，我们可以了解到Redis是如何管理内存的。现在，我们以一个简单的案例来介绍Redis的内存管理是如何运作的。
1. 业务场景：Redis要存储大量的字符串数据，因此需要申请大量的内存来存储这些数据。
2. 解决方案：Redis使用zmalloc函数来申请内存，使用jfree函数来释放内存。
3. 技术细节：在Redis中，zmalloc函数不仅会进行内存分配，而且还会对内存进行清零操作。在释放内存的时候，Redis会通过jfree函数将空间归还给内存池以便后续复用。
六、Redis内存管理的最佳实践
Redis的内存管理机制在提高系统性能和稳定性方面起到了非常重要的作用。但与此同时，也需要遵守一些最佳实践以保障Redis的运行效果。例如，可以使用Redis自带的内存使用工具redis-cli来监控内存使用情况，避免内存溢出、内存泄漏等问题的出现。
七、结语
通过对Redis内存管理机制的分析，我们不仅深入了解了Redis的内存管理实现机制和优缺点，还了解其内存回收机制和最佳实践。这些都是提高Redis性能、稳定性和安全性的重要因素，相信能够为读者提供重要的参考和帮助。
