Redis数据结构

一、string

三种编码方式：int、embstr、raw

EMBSTR：数据连续存储
RAW：数据链式存储

SDS

自定义数据结构，区别于C语言中的char[]。

优点

记录长度，时间复杂度为O(1)
二进制安全
增加空余空间（alloc-len），为后续追加数据留余地；

alloc规则：min(2len，len+1M)

二、List

6之前最大元素个数：2^32-1

6及6之后：2^64-1

底层：ZIPLIST、linkedlist

ziplist：list中的字符串紧凑存在一起
linkedlist：list中的字符串对象以链表形式连接

2.1 quicklist

ziplist+linkedlist：由多个ziplist使用链式存储的方式连接

redis7之后ziplist被listpack取代（连锁更新问题）

c 复制代码

// from Redis 5.0.5
typedef struct list {
    listNode *head;
    listNode *tail;
    void *(*dup)(void *ptr);
    void (*free)(void *ptr);
    int (*match)(void *ptr, void *key);
    unsigned long len; // 记录了表的长度
} list;

2.2 压缩列表

zlbytes：表示整个压缩列表所占的空间

zltail：相对于起始指针的偏移量，也就是可以定位到最后一个节点

zllen：表示有多少个数据节点

zlend：表示ziplist的结束

entry结构

结构： <prevlen><encoding><entry-data>

prevlen: 表示上个节点的数据长度，小于254，则使用一个字节，大于等于254则使用5字节，这5个字节中，第一个字节是11111110（254），后4个字节表示真实的长度

为什么是5字节而不是2字节：是由于redis设计是这样的，意思是要么就表示长度小的，要么就表示长度大的，中间长度的就使用大的来表示。

encoding：编码类型。包含了entry的长度信息
entry-data：实际的数据

操作复杂度：

查：
- 查总数：zllen中有记录（但是如果数据超过65535，zllen会变成0，这个时候需要遍历）
- 查数据：遍历
增删：

增加节点的长度之后，后面的节点的prevlen需要更新，可能需要由1字节更新为5字节，后面的后面的节点也需要更新，所以需要进行多次更新。（连锁更新）

删除元素之后，prevlist不会由5字节变成1字节

listpack

结构： <encoding-type><element-data><element-tot-len>

encoding-type：编码
element-data：数据
element-tot-len：整个节点除去element-tot-len的长度，每个字节的第一位0表示停止，1表示继续

例如：

element-tot-len： 0000 0001 1000 0100

下一个元素会从上个元素的element-tot-len的最后一位开始遍历，直到遍历到第一个字节为0位置，

上述例子遍历到 000 0001 000 0100 => 132 表示遍历结束位置再往前132字节就可以找到上一个节点的起始位置

三、Set

编码方式：

intset：查询时使用二分查找，有序，只能存整数，如果存入非整数编码会变成hashtable
hashtable

四、hash

编码格式

压缩列表
hashtable

hashtable底层

和java中hashmap差不多

table：可以看成一个数组，每个数组都是存储entry的结构

size：表示table的大小

used：表示已有节点数量

hash冲突使用拉链法（同hashmap，使用头插法）

渐进式扩容：

rehashidx标志位 -1 -> 0 表示开始扩容 (rehashidex是一个指针，从头开始遍历，迁移元素)，和concurrenthashmap类似。
负载因子：

负载因子 >= 1 且没有在执行写RDB或AOF (bgsave 或 bgrewriteraof)

负载因子 >= 5 强制扩容

负载因子 < 0.1 缩容也是使用渐进式
java中hashmap和arraylist不支持缩容

五、Zset

编码：

ziplist/skiplist+hashtable

zpilist
跳表+hashtable

查询节点总数复杂度：

ziplist和跳表都是O（1）

为什么zset使用跳表外还同时使用hashtable

当ZSet要根据成员来查找分值的时候只用使用字典来查找，时间复杂度为O(1)。而当ZSet要执行范围操作时，比如ZRANK、ZRANGE等命令时，将使用原本就有序的跳跃表来实现。

跳表底层

是否能增加一层的概率为25%，最大层数5.0是64，7.0是32

操作复杂度：O(logn)

注：上图是逻辑上的结构

实际结构没有这么多的节点，而是在每个节点中维护一个数组，记录每个节点的后继节点，对应于图中下方部分的结构。

跳表定义的源码：

c 复制代码

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    // 节点数量
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

c 复制代码

// Redis 7.0.8
/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned long span;
    } level[];
} zskiplistNode;

六、对象删除

设置过期时间：set k v ex 过期时间

删除：

定时删除
惰性删除
定期删除
使用：定期删除+惰性删除

Redis数据结构