Redis底层数据结构总结

Redis用于存储的存储格式分为5种对象：String对象、List对象、HashTable对象、Set对象和SortedSet。

String字符串，用于保存字符串对象，同时可以作为缓冲区(AOF缓存区)

sdshdr{
int length;
int free;
char[] buffer;
}

C字符串和SDS之间区别

C字符串	SDS
获取字符串长度的复杂度为O(N)	O(1)
API不安全，可能造成缓冲区溢出	API安全，不会造成缓冲区溢出
修改字符串长度N次必然执行N次内存重新分配	最多执行N次内存重分配，大部分情况不需要
二进制不安全(之只能保存文本数据，中间不能包含空字符)	二进制安全，可以保存文本或者二进制数据
可以使用所有<string.h>库函数	使用部分库函数，字符串结尾同样以’\0’结尾，为了和C字符串部分兼容，可以使用部分库函数考虑

链表，用于链表键，慢查询、监视器、保存多个客户端状态，列表键包含较多元素或者包含的元素是较长的字符串时，会使用链表

双端
无环
带头指针和尾指针
带链表长度计数器
多态(*Void不同各类型的值)

字典，用于数据库与哈希键。Redis中的字典使用哈希表作为底层实现，Redis里的字典包含2个HashTable，H[0]用于日常用的hash，而H[1]则是重哈希的时候使用
哈希表使用链地址方法来解决键冲突的问题，被分配到同一个索引上的多个键会连接成一个单向链表
渐进式Hash

跳跃表SkipList
有序，每个节点维护多个执行其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的，平均O(logN)，最坏O(N)复杂度查找，同时通过顺序性操作来批量处理节点
大部分情况可以和平衡树效率相当，然后跳跃表实现更加简单

SkipList

header

tail

level

length

同时，SkipList包含表头结点

SkipListNode{
//层
struct zskiplistLevel{
//前进指针
struct zskiplistNode * forward;
//跨度，用于记录里两个节点之间的距离
int span;
}level[];
//后退指针
struct zskiplistNode *backword;
//分值
//double score
//成员对象
robj *obj;
}zskiplistNode;

每个跳跃表节点的层高都是1-32之间的随机数
同一个跳跃表中，多个节点可以包含相同的分值，但是每一个节点的成员obj必须是唯一的
跳跃表的节点按照分值大小进行排序，当分值相同时，节点按照成员的大小进行排序

整数集合
当一个集合中只包含整数型元素，并且这个集合的元素数量不多时，Redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现
有序的
struct intset{
//编码方式
uint32_t encoding;
//集合包含的元素
uint32_t length;
//保存元素的数组
int8_t contents[];
}

整数集合是集合键的底层实现之一
整数集合的底层实现为数组，这个数组以有序、无重复的方式保存着集合，在有需要时，程序会根据增加的元素的类型，改变这个数组的类型
编码的升级操作，给整数集合带来了操作上的灵活性，并且尽可能地节约内存空间
整数集合只支持升级操作，不支持降级

压缩列表(ZipList),用于当列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么是小整数值或者是长度较小的字符串

是一种为了节约内存空间而开发的特殊编码的顺序型数据结构(连续但不有序)
用于列表键或者哈希键的底层实现之一
可以包含多个节点，诶个节点可以保存一个字节数组或者整数型
新添加节点到列表件，或者从列表键中删除节点，可能会引发连锁更新的问题，但是这种操作出现的几率并不高

ZipList

zlbytes (占用字节数)

zltail 记录表尾节点距离起始节点的offset

zllen 节点数

entry1

...

entryN

zlend （末端标志）

ZipListNode

previous_entry_length 前驱节点的长度(1或者5字节)

encoding content属性保存的类型信息

content

插入到指定节点之后，平均O(N),最坏O(N^2)，最坏的情况是产生连锁更新，需要进行N次重分配操作，而每次空间从分配的最坏是O(N),故O(N^2).

对象，Redis中都是以对象的形式存在
RedisObject{
unsigned type:4 //五种redis对象
unsigned encoding:4//根据不同的编码，选择不同的底层实现
void *ptr;//指向底层实现的数据结构的指针
}

不同类型对应的编码对象

类型	编码	对象
Redis_String	Redis_Encoding_Int	整数型字符串
Redis_String	Redis_Encoding_Embstr
Redis_String	Redis_Encoding_Raw
Redis_List	Redis_Encoding_ZipList
Redis_List	Redis_Encoding_LinkedList
Redis_Hash	Redis_Encoding_Ziplist
Redis_Hash	Redis_Encoding_Hashtable
Redis_Set	Redis_Encoding_Intset
Redis_Set	Redis_Encoding_Hashtable
Redis_ZSet	1、Redis_Encoding_ZipList 2、Redis_Encoding_SkipList+字典实现	为啥要跳跃表+字段一起实现？效率考虑，跳越表范围查询特性保留 而字典：根据成员查找分值O(l)

通过encoding属性来设置对象所使用的编码，而不是为特定的类型关联一种固定的编码，极大提升了Redis的灵活性和效率，针对不同的场景做优化。

String对象
embstr：保存短字符串的一种优化编码方式，调用一次内存分配函数来连续分配redisObject和sdshdr，同时释放内存也只需要一次，同时能够利用字符串所有数据保存在同一块连续的内存里，更好地利用缓存。

Redis每一个键和值都是一个对象
Redis采用引用计数的方式实现内存垃圾回收，当一个对象不在使用时，对象就会被自动回收
Redis的共享值0-9999字符串
对象会记录自己最后一次被访问的时间，用于计算对象的空转时间