Redis的底层数据结构

SDS

①获取字符串长度的时间复杂度为O(1) ②支持动态扩容 ③减少内存分配次数 ④二进制安全

当新增内容时如果新字符串小于 1M ，则新空间为扩展后字符串长度的两倍 +1 ；如果新字符串大于 1M ，则新空间为扩展后字符串长度 +1M+1 。称为内存预分配。

IntSet

如果新增加的元素范围超过了当前编码范围，intset会自动升级编码方式。并将每个元素从后向前拷贝到正确的位置。元素是按照大小顺序存放，查找时使用二分查找进行查询。插入时为保持顺序，需要移动元素。

ziplist：

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-   所有键值对的键和值长度都 < 64 字节
-   键值对数量 < 512 个
-   配置参数：`hash-max-ziplist-entries`、`hash-max-ziplist-value`

entry

Dict（字典）

diff 复制代码

-   不满足 ziplist 条件时使用
-   使用链地址法解决冲突,插入时使用头插法，避免需要遍历到链表的尾部才能插入。
-   渐进式rehash策略

Dict扩容

loadFactor=used/size。当负载因子loadFactor>=1,并且没有bgSave,bgReWrite等后台进程在运行时会进行扩容。

Dict收缩

当负载因子<0.1时，会进行收缩。

rehash

QuickList

SkipList

RedisObject

Redis的五种数据类型的编码方式

Redis 五种基本数据类型的底层实现

Redis 的五种基本数据类型（String、List、Hash、Set、Sorted Set）在不同的使用场景下会采用不同的底层数据结构实现，这种灵活的设计使得 Redis 能够在内存使用和性能之间取得良好平衡。

1. String（字符串）

底层实现：

int：当存储的是整数值且可以用 long 类型表示时
embstr：当字符串长度 ≤ 44 字节时（Redis 5.0+）
raw：当字符串长度 > 44 字节时
SDS (Simple Dynamic String)：所有字符串类型的底层基础结构

SDS 结构特点：

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struct sdshdr {
    int len;     // 已使用的长度
    int free;    // 未使用的空间
    char buf[];  // 实际存储的字符数组
};

优点：O(1)时间复杂度获取长度、二进制安全、减少内存重分配次数

2. List（列表）

底层实现：

ziplist（压缩列表）：
- 所有元素长度 < 64 字节
- 元素数量 < 512 个
- 配置参数：list-max-ziplist-size、list-compress-depth
linkedlist（双向链表）：
- 不满足 ziplist 条件时使用
- 每个节点都是独立的字符串对象在redis3.2之前使用zipList和linkedList,3.2后使用quickList
quicklist（快速列表，Redis 3.2+）：
- ziplist 和 linkedlist 的混合体
- 默认实现方式，由多个 ziplist 节点组成的双向链表
- 配置参数：list-max-ziplist-size（每个ziplist节点大小）

3. Hash（哈希表）

底层实现：

ziplist：
- 所有键值对的键和值长度都 < 64 字节
- 键值对数量 < 512 个
- 配置参数：hash-max-ziplist-entries、hash-max-ziplist-value
hashtable（字典）：
- 不满足 ziplist 条件时使用
- 使用链地址法解决冲突
- 渐进式rehash策略

字典结构：

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typedef struct dict {
    dictType *type;    // 类型特定函数
    void *privdata;    // 私有数据
    dictht ht[2];      // 哈希表数组（用于rehash）
    long rehashidx;    // rehash索引
} dict;

4. Set（集合）

底层实现：

intset（整数集合） ：
- 所有元素都是整数
- 元素数量 < 512 个
- 配置参数：set-max-intset-entries
hashtable ：
- 不满足 intset 条件时使用
- 只有键没有值（值设为NULL）

intset 结构：

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typedef struct intset {
    uint32_t encoding;  // 编码方式（int16/int32/int64）
    uint32_t length;    // 元素数量
    int8_t contents[];  // 元素数组
} intset;

5. Sorted Set（有序集合）

底层实现：

ziplist ：
- 元素数量 < 128 个
- 所有成员长度 < 64 字节
- 配置参数：zset-max-ziplist-entries、zset-max-ziplist-value
skiplist + hashtable ：
- 不满足 ziplist 条件时使用
- 跳跃表用于排序和范围操作
- 哈希表用于O(1)复杂度的成员查找

跳跃表结构：

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typedef struct zskiplistNode {
    robj *obj;                       // 成员对象
    double score;                    // 分值
    struct zskiplistNode *backward;  // 后退指针
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;  // 前进指针
        unsigned int span;              // 跨度
    } level[];                       // 层
} zskiplistNode;

底层数据结构转换机制

Redis 会根据配置参数自动在这些底层实现之间转换：

当元素数量或大小超过阈值时，从小内存结构转为大内存结构
转换是单向的，不会自动转回去
可以通过修改配置参数调整转换阈值

为什么采用多种底层实现？

内存效率：对小数据使用紧凑存储（如ziplist）
性能优化：对不同操作提供最优时间复杂度
灵活性：根据数据特征自动选择最佳结构
平衡性：在内存使用和CPU效率之间取得平衡

理解这些底层实现有助于合理配置Redis参数，优化内存使用和性能表现。