Redis底層資料結構
字串（簡單動態字串 simple dynamic string）
SDS 資料結構
每個 sds.h/sdshdr 結構表示一個 SDS 值：
struct sdshdr {
// 記錄 buf 陣列中已使用位元組的數量
// 等於 SDS 所儲存字串的長度
int len;
// 記錄 buf 陣列中未使用位元組的數量
int free;
// 位元組陣列，用於儲存字串
char buf[];
};SDS與C字串的區別
常數複雜度獲取字串長度
因為 C 字串並不記錄自身的長度資訊， 所以為了獲取一個 C 字串的長度， 程式必須遍歷整個字串， 對遇到的每個字元進行計數， 直到遇到代表字串結尾的空字元為止， 這個操作的複雜度為 O(N)
和 C 字串不同， 因為 SDS 在 len 屬性中記錄了 SDS 本身的長度， 所以獲取一個 SDS 長度的複雜度僅為O(1)杜絕緩衝區溢位
因為C字串不記錄本身長度，所以進行字串拼接的時候若沒有分配足夠的記憶體空間，新的字串會溢位到其他記憶體空間，導致其他內容被修改；而當SDS API對SDS進行修改時，API會先檢查SDS的空間是否滿足修改所需的要求，如果不滿足，API會自動將SDS的空間擴充套件至執行修改所需大小，然後再執行修改操作。
二進位制安全
C字串除了字串末尾有空格外，字串中不能出現空字串，否者會被程式任務是字串結尾 – 這些限制了C字串只能儲存文字資料，不能儲存圖片，視訊，音訊，壓縮檔案這樣的二進位制資料；所有SDS API 都是以處理二進位制的方式來處理SDS存放字buff陣列中的資料，不會做限制和過濾
· SDS 空間預分配
優化SDS字串增長的操作，避免頻繁的記憶體分配。程式不僅會分配修改必要的空間外，還會為SDS分配額外的未使用的空間。
分配公式：小於1M 程式會分配和len屬性同樣大小的未使用空間，這是len屬性的值和free相相同；大於1M 程式會分配1M的未使用空間。
· 惰性空間釋放
優化SDS字串縮短的操作。當SDS API 需要縮短SDS儲存的字串時，程式不會立即使用記憶體分配來回收縮短後多出來的位元組，而是使用free屬性將這些位元組的數量記錄起來，並等待將來使用。（與此同時，SDS也提供了API來真正釋放SDS裡面未使用的空間，不會造成記憶體浪費）
連結串列
- 連結串列被廣泛用於實現 Redis 的各種功能， 比如列表鍵， 釋出與訂閱， 慢查詢， 監視器， 等等。
- 每個連結串列節點由一個 listNode 結構來表示， 每個節點都有一個指向前置節點和後置節點的指標， 所以 Redis
的連結串列實現是雙端連結串列。 - 每個連結串列使用一個 list 結構來表示， 這個結構帶有表頭節點指標、表尾節點指標、以及連結串列長度等資訊。
- 因為連結串列表頭節點的前置節點和表尾節點的後置節點都指向 NULL ， 所以 Redis 的連結串列實現是無環連結串列。
- 通過為連結串列設定不同的型別特定函式， Redis 的連結串列可以用於儲存各種不同型別的值。
字典
字典是雜湊鍵的底層實現之一，當一個雜湊鍵包含的鍵值對比較多的時候，又或者鍵值對中的元素都是比較長的字串時 ，redis就會使用字典作為雜湊鍵的底層實現。
雜湊
使用MurmurHash2演算法
rehash
rehashid：它記錄了rehash當前的進度，如果目前沒有進行rehash，值為-1。
什麼時候進行rehash？（負載因子 = 雜湊表已儲存節點數量 ÷ 雜湊表大小） （load_factor = ht[0].used / ht[0].size）
伺服器目前沒有執行BGSAVE(background save)或BGREWRITEAOF命令時，並且雜湊表的負載因子大於等於1；
伺服器目前正在執行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令時，並且負載因子大於等於5；
當redis進行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令的過程中，redis需要建立當前伺服器程序的子程序，大多數作業系統都是採用寫時複製(copy-on-write)技術來優化子程序的使用效率，所以在子程序（BGSAVE或BGREWRITEAOF）存在期間，伺服器會提高執行擴充套件操作所需的負載因子，避免在子程序（BGSAVE或BGREWRITEAOF）存在的期間進行雜湊表的擴充套件操作，這可以避免不必要的記憶體寫入操作，最大程度的節約記憶體。
如何rehash？
為字典的ht[1]雜湊表分配空間，這個表的空間大小取決於執行的操作（擴充套件/收縮），以及ht[0]包含的鍵值對數量(ht[0].uesd)
擴充套件操作，ht[1]的大小為：第一個大於等於ht[0].uesd * 2的 2的n次方；
收縮操作，ht[1]的大小為：第一個大於等於ht[0].uesd 的2的n次方；- 將ht[0]上所有的鍵值對rehash到ht[1]上。這裡的rehash指的是重新計算鍵的雜湊值和索引值，然後將鍵值對放置在ht[1]指定的位置上。
- 當ht[0]上所有的鍵值對都遷移到ht[1]之後(ht[0]變為空表)，釋放ht[0]，將ht[1]設定為ht[0]，並在ht[1]上新建一個空白雜湊表，為下次rehash做準備。
漸進式rehash
rehash動作並不是一次集中完成的，而是分多次、漸進式完成的。rehash期間字典的urd操作會在ht[0] ht[1]兩個表上同時進行（新增操作會在ht[1]）。
跳躍表（skiplist）
有序的資料結構，通過在每個節點維持多個指向其他節點的指標，達到快速查詢的目的。
查詢的時間複雜度O(logN) 最壞O(N)。
大部分情況下，跳躍表的效率可以和平衡樹相媲美，而且實現比平衡樹簡單。
redis使用跳躍表最為有序集合的底層實現之一：
● 如果一個有序集合包含的元素比較多
● 有序集合中元素的成員是比較長的字串時。
·redis 的跳躍表由zskiplist和zskipnode兩個結構實現,zskiplist儲存跳躍表資訊（比如：表頭節點，表尾節點，長度）；
·每個跳躍表的層高都是1到32之間的；
·再同一個跳躍表中，多個節點可以包含相同的分值，但每個幾點的物件必須唯一；
·跳躍表的節點按分值大小進行排序，當分值相同時，節點按照成員物件大小進行排序；
整數集合
整數集合（intset）是集合鍵的底層實現之一：當一個集合只包含整數元素，並且這個集合的元素數量不多的時候。
升級
每當我們將一個新的新元素新增到整數集合裡面時，並且新元素的型別比現有整數集合所有元素的型別要長的時候
升級需要三步：
1. 根據新元素的型別，擴充套件整數集合底層陣列的空間大小，並且為新元素分配空間；
2. 將底層陣列的所有元素都轉換成與新元素相同的型別，將轉換後的元素放置到正確的位置上，而且放置的過程中，需要繼續維持底層陣列的有序性質不變；
3. 將新元素新增到底層數組裡面。
升級的好處：
提高靈活性
因為c語言是靜態型別，為了避免型別錯誤，我們通常不會將不同的型別值放在同一個結構中。但是因為整數集合可以自動升級底層陣列來適應新元素，不用擔心型別錯誤
節約記憶體
當然，如果讓一個數組同時儲存int16、int32、int64，簡單的做法就是直接使用int64最為底層陣列的實現。
參考文獻：《redis設計與實現》