标签：进阶 SDS Redis redis 链表 哈希 字符串 节点

如大家众所周知，redis有string、list、hash、set、zset五种数据类型，但是大家对于每种数据类型的底层存储数据结构，可能还不是很清楚，在下面这篇文章中，主要讲述一下redis底层存储的7中数据类型。

1、简单动态字符串(SDS)（摘自redis设计与实现第二章）

　　由于C语言字符串长度的不可修改性，redis实现了一种可变长度的字符串，即SDS，SDS的实现原理如下

 

　　（1）len

　　存储了字符串的长度

　　由于SDS中存储了字符串，将获取字符串长度的时间复杂度从O(n)降到了O(1)

　　（2）free

　　存储了剩余可用的字符串长度

　　（3）buf

　　用于保存字符串

 

　　减少内存分配次数

　　　（1）空间预分配：当用户修改字符串时，SDS API首先会检查空间是否满足需求，如果满足，则直接使用未使用的空间；如果不满足，则将空间扩展需要修改的内容大小，然后才执行修改操作

　　　　空间预分配：修改后SDS小于1MB, 预留free=len；修改后SDS大于1MB，预留free=1MB；通过空间预分配操作，redis有效的减少了执行字符串增长所需要的内存分配次数。

　　　（2）惰性空间释放：当缩短SDS的存储内容时，并不会立即使用内存重分配来回收缩短操作后多出来的字节，而是用free将这些空间字节数量记录起来，并等待将来使用

　　　　当需要真正释放内存时，调用API真正的释放内存。

　　总结：

　　　　（1）redis只会使用C字符串作为字面使用量，在大多数情况下，redis使用SDS(Simple Dynamic String，简单动态字符串)作为字符串标识。

　　　　（2）比起C字符串，SDS具有一下优点：O(1)获取字符串长度；杜绝缓存区溢出；减少修改字符串长度，所需要的内存重分配次数；二进制安全；兼容部分C字符串函数

 

2、链表（摘自redis设计与实现第三章）

　　每一个链表节点都是使用listNode实现，其中prev指向前几点，next指向后节点。

　　

 

 

 　　在listNode基础上，redis又封装了一层list，使得链表的使用更加的高效。

　　

 

 

 

　　其中head保存了链表头结点，tail保存了链表尾节点，len保存了链表的节点数。dup、free和match实现多态链表所需的类型特定函数　　　　　　　　　　　　

• • dup 函数用于复制链表节点所保存的值
  • free 函数用于释放链表节点所保存的值
  • match 函数用于链表中保存的值，是否与输入的一个值是否相等。

　　下图为list和listNode组成的链表

　　

 

 

 

　　redis实现链表的特性可以总结如下

• 双端：链表节点带有prev和next指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的时间复杂度都是O(1)
• 无环：表头节点和prev和表尾节点的next都指向null，对链表的访问以NULL为终点
• 带表头指针和表尾指针：通过list结构的head和tail指针，使得获取头结点和尾节点的时间复杂度为O(1)
• 带链表长度计数器：对链表节点数进行计数，使得获取链表节点数的时间复杂度为O(1)
• 多态：链表节点使用void*指针来保存节点值，并使用list结构的dup、free、match三个属性为几点设置类型特定函数，所以链表可以保存各种不同类型的值。

3、字典

　　redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。一下主要介绍哈希表、哈希表节点、字典。

　　哈希表

　　

 

 　　　　其中：

• table是一个数组，其中一个数组元素都是一个指向哈希表节点的指针，每一个哈希表节点都保存了一对键值对。
• size记录了table的大小，也即是哈希表的大小
• used记录了当前已使用节点的数量
• sizemask=size-1 ,决定了一个键应该放tabl数组的哪个索引上

　　哈希表节点

　　　　结构定义如下图所示：

　　

 　　　　其中：

• • 　　key保存键值对中的键，
  • 　　v保存这键值对中的值
  • 　　next为指向另一个哈希表几点的指针

　　字典

　　定义如下图所示：

　　

 

 　　其中：

• • type标识dictType类型，privatedata是指向特定数据类型的数组；
  • ht包含了两个哈希表的数组，其中一个ht[0]保存哈希表，ht[1]只会在对ht[0]进行rehash时使用

　　字典的整体实现如下图所示：

　　

 

 　　字典还包括rehash和渐进式hash等要点，再这里就不讲述了

　　总结

• • 字典被广泛应用于redis的各种功能，其中包括数据库和哈希键。
  • redis中的字典使用哈希表作为底层实现，每个字典带有两个哈希表，一个平时使用，一个在rehash时使用。
  • 当字典被用作数据库底层实现，或者哈希表底层实现时，redis使用muimuihash2算法计算哈希键的哈希值。
  • 哈希表使用链地址法解决键冲突，被分配到同一个索引上的多个键值对会连接成一个单项链表
  • rehash渐进式进程，并rehash到新的hash表中

4、跳跃表（待补充）

5、整数集合

　　整数集合是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值，并且这个集合元素的数量并不多时，redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现。

　　其实现结构如下如所示：

　　

　　其中：encoding表示编码方式，可以为INTSET_ENC_INT16、INTSET_ENC_INT32、INTSET_ENC_INT64；length保存了元素数量，contents为实际的数组。

　　总结：

• • 整数集合是集合键的底层实现之一
  • 整数集合的底层实现是数组，这个数组以有序、无重复的方式保存集合元素，在有需要的时候，程序会根据新添加元素的类型，改变这个数组的类型。
  • 升级操作为整数集合带来了操作上的灵活性，并且尽可能的节约了内存。
  • 整数集合只支持升级操作，不支持降级操作

 

 6、压缩列表（待补充）

 

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来源： https://www.cnblogs.com/ttaylor/p/14081360.html

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