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淺談一下Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

更新時(shí)間：2023年08月12日 11:12:30 作者：bibiwannbe

這篇文章主要介紹了淺談一下Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),簡單字符串結(jié)構(gòu)被用于存儲(chǔ)redis的key對(duì)象和String類型的value對(duì)象,其中的free和len字段可以輕松的使得在該字符串被修改時(shí)判斷是否需要擴(kuò)容,需要的朋友可以參考下

一、簡單動(dòng)態(tài)字符串SDS

struct sdshdr {
  int len;
  int free;
  char[] buf;
}

簡單字符串結(jié)構(gòu)被用于存儲(chǔ)redis的key對(duì)象和String類型的value對(duì)象

其中的free和len字段可以輕松的使得在該字符串被修改時(shí)判斷是否需要擴(kuò)容。

為啥呢？因?yàn)閞edis的協(xié)議發(fā)送一個(gè)SET請(qǐng)求時(shí)格式開頭會(huì)帶上需要插入的value的長度，這樣根據(jù)free以及l(fā)en可以判斷此時(shí)redis分配的數(shù)組大小是多少，需不需要擴(kuò)容。對(duì)比于C語言的O(n)復(fù)雜度計(jì)算數(shù)組長度更快。

擴(kuò)容策略：如果字符串大小<1MB, 每次擴(kuò)容為2n+1大小；如果大于1MB,每次擴(kuò)容1MB。

二、鏈表

鏈表結(jié)構(gòu)用于存儲(chǔ)list類型的鍵值（類似index），還有發(fā)布訂閱等功能也用了鏈表結(jié)構(gòu)。

鏈表節(jié)點(diǎn)：ListNode

鏈表：list

代碼塊

typedef struct list{
	ListNode * tail;
	ListNode * head;
	unsigned long len;
	//節(jié)點(diǎn)值復(fù)制方法
	 void *(*dup) (void * ptr);
	//節(jié)點(diǎn)值釋放方法
	 void *(*free) (void * ptr);
	//節(jié)點(diǎn)值對(duì)比方法
	int (*match)(void * ptr, void * key);
}

list+ListNode的鏈表結(jié)構(gòu)

三、字典

哈希表的結(jié)構(gòu)：

字典的結(jié)構(gòu)：

typedef struct dict{
	dictType *type;
  void *privdata;
  dictht *ht[2];
  int rehashIndx;	
}

ht[2]: 需要兩個(gè)hashTable的原因是在進(jìn)行rehash的操作時(shí)，需要使用另一個(gè)hashTable。

rehashIndx:在不進(jìn)行rehash時(shí)值為-1，在漸進(jìn)rehash過程中，這個(gè)值代表了rehash進(jìn)行到的dictEntry的索引。

在hash時(shí)將會(huì)根據(jù)key取哈希&sizeMark來獲得dictEnrty數(shù)組的下標(biāo)索引，當(dāng)數(shù)組中非空則將dictEntry元素插入到鏈表第一個(gè)位置。

隨著鏈表的長度越來越長，對(duì)于字典的查詢速度也會(huì)越慢，這時(shí)候就需要rehash。

rehash將會(huì)用到另一個(gè)空哈希表ht[1]，將里面的table數(shù)組大小增加，再將原來的鍵值重新hash放入新的DictEntry中。rehash完畢后，把ht[1]變?yōu)閔t[0], 再重新開辟一個(gè)空間作為ht[1]。

四、跳躍表

跳躍表用作有序集合鍵的底層實(shí)現(xiàn)以及在集群節(jié)點(diǎn)用作內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

后退指針：后退指針用于從表尾遍歷節(jié)點(diǎn)。

object：保存的是一個(gè)指向?qū)ο蟮闹羔槨?/p>

score分值：關(guān)乎節(jié)點(diǎn)的排序，如果分值相同則成員對(duì)象較大的排在后面。

zskiplist：雖然通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以組成跳躍表，但是使用zskiplist中的length、level字段就可以在O(1)復(fù)雜度返回跳躍表的長度以及層級(jí)。

五、整數(shù)集合

encoding:可支持存儲(chǔ)INSET_ENC_INT16、INSET_ENC_INT32、INSET_ENC_INT64（int16_t、int32_t、int64_t）三種位數(shù)的整數(shù)。

content: 在這個(gè)數(shù)組中按照大小順序存放整數(shù)，并且元素不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)項(xiàng)。

集合升級(jí)：當(dāng)集合需要插入一個(gè)比原有類型更大的整數(shù)時(shí)，需要先給數(shù)組的每個(gè)元素重新分配空間，首先先擴(kuò)大數(shù)組空間到相應(yīng)的大小，再將原來位置上的整數(shù)從后往前重新進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換放到相應(yīng)的索引上。每次升級(jí)都需要對(duì)底層元素進(jìn)行轉(zhuǎn)型并移動(dòng)，時(shí)間復(fù)雜度為O(N)。升級(jí)使得這個(gè)集合更為節(jié)省內(nèi)存，并且可以使得使用者不必關(guān)注c語言底層創(chuàng)建數(shù)組時(shí)指定類型位數(shù)不足而導(dǎo)致的插入異常問題。

整數(shù)集合不支持降級(jí)。

六、壓縮列表

壓縮列表是列表建和哈希鍵底層實(shí)現(xiàn)之一。一個(gè)列表鍵只包含少量列表項(xiàng)，并且每個(gè)列表項(xiàng)要么就是整數(shù)值，要么就是長度比較短的字符串，Redis就會(huì)使用壓縮列表來做列表鍵的底層實(shí)現(xiàn)。

zlbytes:記錄整個(gè)壓縮列表占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)，對(duì)壓縮列表進(jìn)行內(nèi)存重分配、計(jì)算zlend位置時(shí)使用。

zltail：記錄壓縮列表表尾節(jié)點(diǎn)距離壓縮列表起始地址有多少字節(jié)；通過這個(gè)偏移量，程序無序遍歷整個(gè)壓縮列表就可以確定表尾節(jié)點(diǎn)地址。

zzllen：壓縮列表節(jié)點(diǎn)數(shù)量；當(dāng)這個(gè)值等于UINT16_MAX時(shí)，節(jié)點(diǎn)的真實(shí)數(shù)量需要遍歷整個(gè)壓縮列表才能計(jì)算得出。

entryX：列表節(jié)點(diǎn)，壓縮列表包含的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)長度由節(jié)點(diǎn)保存的內(nèi)容決定

?zlend：特殊值0xFF記錄標(biāo)記壓縮列表的末端。

壓縮列表節(jié)點(diǎn)

previous_entry_length：記錄前一個(gè)壓縮列表節(jié)點(diǎn)的長度，可通過這個(gè)屬性減去指針起始地址往前回溯節(jié)點(diǎn)，該屬性的長度為1字節(jié)或5字節(jié)，當(dāng)前一節(jié)長度小于254字節(jié)，則前一節(jié)長度使用這個(gè)字段直接保存，如果前一節(jié)長度>=254字節(jié)，則前一字節(jié)設(shè)置為0xFE，之后四個(gè)字節(jié)用十進(jìn)制保存長度。

encoding：記錄了節(jié)點(diǎn)content屬性保存的數(shù)據(jù)類型及長度。

content：保存節(jié)點(diǎn)值，可以是字節(jié)數(shù)組或者整數(shù)（"hello world"、10086）

連鎖更新機(jī)制：由于在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)插入時(shí)，一旦節(jié)點(diǎn)長度>=254字節(jié)，則修改后續(xù)節(jié)點(diǎn)的previos_entry_length屬性，從1字節(jié)擴(kuò)至5字節(jié)，可能再次引起后續(xù)節(jié)點(diǎn)的連鎖修改。

就需要對(duì)壓縮列表的執(zhí)行空間重新分配，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新分配需要的復(fù)雜度為O(N)，則最壞需要進(jìn)行N次分配，則連鎖更新最壞復(fù)雜度為O(N2)。

到此這篇關(guān)于淺談一下Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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