Redis的五大数据类型的数据结构

概述

Redis底层有六种数据类型包括:简单动态字符串、双向链表、压缩列表、哈希表、跳表和整数数组。这六种数据结构五大数据类型关系如下:

  • String:简单动态字符串
  • List:双向链表、压缩列表
  • Hash:压缩列表、哈希表
  • Sorted Set:压缩列表、跳表
  • Set:哈希表、整数数组

数据类型和底层数据结构对应关系

每种数据结构特性不一样,操作时间也不一样。

数据结构的时间复杂度

二、数据结构

从上述图中可以知道,Redis的底层数据结构由简单动态字符串、双向链表、压缩列表、哈希表、跳表、整数数组组成,其中哈希表和整数数组基本上大家都很熟悉了,下面重点介绍一下其余的几种数据结构。

1、简单动态字符串(SDS)

结构:alloc,len,buf

简单动态字符串结构

buf:字节数组,保存实际数据。为了表示字节数组的结束,Redis 会自动在数组最后加一个"\0",这就会额外占用 1 个字节的开销。

len:占 4 个字节,表示 buf 的已用长度。

alloc:也占个 4 字节,表示 buf 的实际分配长度,一般大于 len。

那么SDS与C字符串有什么区别呢?区别主要有如下两点:

(1)获取字符串长度时间复杂度为O(1)

(2)在修改字符串时,会先检查长度是否够长,不够会进行扩展,避免缓冲区溢出

2、链表

Redis使用的是双向无环链表,并且具有以下几个特点:

(1)双端:链表具有前置节点和后置节点的引用,获取这两个节点时间复杂度都为O(1)。

(2)无环:表头节点的 prev 指针和表尾节点的 next 指针都指向 NULL,对链表的访问都是以 NULL 结束。

(3)带链表长度计数器:通过 len 属性获取链表长度的时间复杂度为 O(1)。

(4)多态:链表节点使用 void* 指针来保存节点值,可以保存各种不同类型的值。

3、压缩列表

压缩列表(ziplist)是Redis为了节省内存而开发的,是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型数据结构,一个压缩列表可以包含任意多个节点(entry),每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。压缩列表并不是对数据利用某种算法进行压缩,而是将数据按照一定规则编码在一块连续的内存区域,目的是节省内存。

压缩列表实际上类似于一个数组,数组中的每一个元素都对应保存一个数据。和数组不同的是,压缩列表在表头有三个字段 zlbytes、zltail 和 zllen,分别表示列表长度、列表尾的偏移量和列表中的 entry 个数;压缩列表在表尾还有一个 zlend,表示列表结束;

我们要查找定位第一个元素和最后一个元素,可以通过表头三个字段的长度直接定位,复杂度是 O(1)。而查找其他元素时,就没有这么高效了,只能逐个查找,此时的复杂度就是 O(N) 了。

压缩表的查找过程

4、跳表

跳表在链表的基础上,增加了多级索引,通过索引位置的几个跳转,实现数据的快速定位,时间复杂度为O(logN),比起链表,跳表的查询效率大大提高到了 O(logn)。

跳表查找过程

三、Redis数据类型的基本数据结构

1、String(字符串)

**  1.1 String的内部结构**

redis没有直接使用C语言中的字符串表示,而是自己构建了一个字符串,名为 "简单动态字符串 " (simple dynamic string , SDS)。其中,C语言中的字符串只是作为字符串面量(通常在无须对字符串值进行修改的地方使用)。

String在结构上的实现类似于Java中的ArrayList(默认构造一个大小为10的初始数组),这是冗余分配内存的思想,也称为预分配;这种思想可以减少扩容带来的性能消耗。

String的内部结构

1.2 String使用的数据编码

存储数字的话,采用int类型的编码,如果是非数字的话,采用 raw 编码;

1.3 使用场景

(1) 简单字符缓存

(2) 分布式锁

(3)计数功能------》计数服务

2、List(列表)

2.1 List的内部结构

Redis的列表相当于Java语言中的LinkedList,它是一个双向链表数据结构(但是这个结构设计比较巧妙,后面会介绍),支持前后顺序遍历。链表结构插入和删除操作快,时间复杂度O(1),查询慢,时间复杂度O(n)。

List的内部结构

2.2 List使用的数据编码

字符串长度及元素个数小于一定范围使用 ziplist 编码,任意条件不满足,则转化为 linkedlist 编码。

2.3 使用场景

(1)利用List实现栈、队列

(2)redis做消息队列(不推荐使用redis做消息队列)

(3)列表缓存

3、Hash(字典)

3.1 Hash的内部结构

Redis的hash(字典)相当于Java语言中的HashMap,它是根据散列值分布的无序字典,内部的元素是通过键值对的方式存储。

hash(字典)的实现与Java中的HashMap(JDK1.7)的结构也是一致的,它的数据结构也是数组+链表组成的二维结构,节点元素散列在数组上,如果发生hash碰撞则使用链表串联在数组节点上。

Hash的内部结构

3.2 Hash使用的数据编码

hash 对象保存的键值对内的键和值字符串长度小于一定值及键值对。

3.3 使用场景

(1) 存储对象

4、Set(集合)

4.1 Set的内部结构

Redis的set(集合)相当于Java语言里的HashSet,它内部的键值对是无序的、唯一的。它的内部实现了一个所有value为null的特殊字典。

集合中的最后一个元素被移除之后,数据结构被自动删除,内存被回收。

Set的内部结构

4.2 Set使用的数据编码

保存元素为整数及元素个数小于一定范围使用 intset 编码,任意条件不满足,则使用 hashtable 编码。

4.3 使用场景

(1)标签,社交,查询有共同兴趣爱好的人,智能推荐

(2)抽奖

(3)朋友圈点赞

5、Zset(有序集合)

5.1 Zset的内部结构

zset(有序集合)是Redis中最常问的数据结构。它类似于Java语言中的SortedSet和HashMap的结合体,它一方面通过set来保证内部value值的唯一性,另一方面通过value的score(权重)来进行排序。这个排序的功能是通过Skip List(跳跃列表)来实现的。zset(有序集合)的最后一个元素value被移除后,数据结构被自动删除,内存被回收。

Zset的内部结构

5.2 Zset使用的数据编码

zset 对象中保存的元素个数小于及成员长度小于一定值使用 ziplist 编码,任意条件不满足,则使用 skiplist 编码。

5.3 使用场景

(1)排名场景

相关推荐
Rookie也要加油32 分钟前
01_SQLite
数据库·sqlite
liuxin3344556636 分钟前
教育技术革新:SpringBoot在线教育系统开发
数据库·spring boot·后端
看山还是山,看水还是。1 小时前
MySQL 管理
数据库·笔记·mysql·adb
fishmemory7sec1 小时前
Koa2项目实战2(路由管理、项目结构优化)
数据库·mongodb·koa
momo小菜pa2 小时前
【MySQL 09】表的内外连接
数据库·mysql
Jasonakeke2 小时前
【重学 MySQL】四十九、阿里 MySQL 命名规范及 MySQL8 DDL 的原子化
数据库·mysql
程序猿小D2 小时前
第二百六十九节 JPA教程 - JPA查询OrderBy两个属性示例
java·开发语言·数据库·windows·jpa
小宇成长录2 小时前
Mysql:数据库和表增删查改基本语句
数据库·mysql·数据库备份
团儿.3 小时前
解锁MySQL高可用新境界:深入探索MHA架构的无限魅力与实战部署
数据库·mysql·架构·mysql之mha架构
程序猿小D3 小时前
第二百六十七节 JPA教程 - JPA查询AND条件示例
java·开发语言·前端·数据库·windows·python·jpa