Redis資料結構 === Redis一共有六種資料結構，分別是簡單動態字串、連結串列、字典、跳錶、整數集合、壓縮列表。 簡單動態字串（SDS） --- Redis只會使用C字串作為字面量，在大多數情況下，Redis使用SDS（Simple Dynamic String，簡單動態字串）作為字串表示。 SDS的資料結構： ``` struct sdshdr { // 記錄buf資料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[]; } ```  比起C字串，SDS具有以下優點： - 常數複雜度獲取字串長度 - 杜絕緩衝區溢位 - 減少修改字串時帶來的記憶體重分配次數 - 二進行安全 - 相容部分C字串函式 連結串列（list） --- 連結串列的資料結構： ``` typedef struct listNode { // 前置節點 struct listNode *prev; // 後置節點 struct listNode *next; // 節點的值 void *value; }listNode; typedef struct list { // 表頭節點 listNode *head; // 表尾節點 listNode *tail; // 連結串列所包含的節點數量 unsigned long len; // 節點值複製函式 void *(*dup)(void *ptr); // 節點值複製函式 void (*free)(void *ptr); // 節點值對比函式 int (*match)(void *ptr,void *key); }list; ```  - 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。 - 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（dict） --- 字典的資料結構： ``` typedef struct dictht { // 雜湊表陣列 dictEntry **table; // 雜湊表大小 unsigned long size; // 雜湊表大小掩碼，用於計算索引值 unsigned long sizemask; // 該雜湊表已有節點的數量 unsigned long used; }dictht; typedef struct dictEntry { // 鍵 void *key; // 值 union { void *val; uint64_tu64; int64_ts64; }v; // 指向下一個雜湊表節點，形成鍵表 struct dictEntry *next; }dictEntry; typedef struct dict { // 型別特定函式 dictType *type; // 私有資料 void *privdate; // 雜湊表 dictht ht[2]; // rehash索引 // 當rehash不在進行時，值為-1 in trehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */ }dict; typedef struct dictType { // 計算雜湊值的函式 unsigned int (*hashFunction)(const void *key); // 複製鍵的函式 void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key); // 複製值的函式 void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj); // 對比鍵的函式 int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2); // 銷燬鍵的函式 void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key); // 銷燬值的函式 void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj); }dictType; ```  - 字典被廣泛用於實現Redis的各種功能，其中包括資料庫和雜湊鍵。 - Redis中的字典使用雜湊表作為底層實現，每個字典帶有兩個雜湊表，一個平時使用，另一個僅在進行rehash時使用。 - 當字典被用作資料庫的底層實現，或者雜湊鍵的底層實現時，Redis使用MurmurHash2演算法來計算鍵的雜湊值。 - 雜湊表使用鍵地址法來解決鍵衝突，被分配到同一個索引上的多個鍵值對會連線成一個單向連結串列。 - 在對雜湊表進行擴充套件或者收縮操作時，程式需要將現有雜湊表包含的所有鍵值對rehash到新雜湊表裡面，並且這個rehash過程並不是一次性地完成的，而是漸進式地完成的。 跳錶（skiplist） --- 跳錶（skiplist）是一種有序資料結構，它通過在每個節點中維持多個指向其他節點的指標，從而達到快速訪問節點的目的。跳錶查詢的時間複雜度O(logN)、最壞情況是O(N)，還可以通過順序操作來指處理節點。 跳錶的資料結構： ``` typedef struct zskiplistNode { // 層 struct zskiplistLevel { // 前進指標 struct zskiplistNode * forward; // 跨度 unsigned int span; } level[]; // 後退指標 struct zskiplistNode *backward; // 分值 double score; // 成員物件 robj *obj; } zskiplistNode; typedef struct zskiplist { // 表頭節點和表尾節點 struct zskiplistNode *header, *tail; // 表中節點數量 unsigned long length; // 表中層數最大的節點的層數 int level; } zskiplist; ```  - 跳錶是有序集合的底層實現之一。 - Redis的跳錶實現由zskiplist和zskiplistNode兩個結構組成，其中zskiplist用於儲存跳錶資訊（比如表頭節點、表尾節點、長度），而zskiplistNode則用於表示跳錶節點。 - 每個跳錶節點的層高都是1至32之間的隨機數。 - 在同一個跳錶中，多個節點可以包含相同的分值，但每個節點的成員物件必須是唯一的。 - 跳錶中的節點按照分值大小進行排序，當分值相同時，節點按照成員物件的大小進行排序。 整數集合（intset） --- 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值元素，並且這個集合的元素數量不多時，Redis就會使用整數集合作為集合鍵的底層實現。 整數集合的資料結構： ``` typedef struct intset { // 編碼方式 uint32_t encoding; // 集合包含的元素數量 uint32_t length; // 儲存元素的陣列 int8_t contents[]; } intset; ```  - 整數集合是集合鍵的底層實現之一。 - 整數集合的底層實現為陣列，這個陣列以有序、無重複的方式儲存集合元素，在有需要時，程式會根據新新增元素的型別，改變這個陣列的型別。 - 升級操作為整數集合帶來了操作上的靈活性，並且儘可能地節約了記憶體。 - 整數集合只支援升級操作，不支援降級操作。 壓縮列表（ziplist） --- 壓縮列表（ziplist）是列表鍵和雜湊鍵的底層實現之一。當一個列表鏈只包含少量列表項，並且每個列表項要麼就是小整數值，要麼就是長度比較短的字串，那麼Redis就會使用壓縮列表來做列表鍵的底層實現。  - 壓縮列表是一種為節約記憶體而開發的順序型資料結構。 - 壓縮列表被用作列表鍵和雜湊鍵的底層實現之一。 - 壓縮列表可以包含多個節點，每個節點可以儲存一個位元組陣列或者整數值。 - 新增新節點到壓縮列表，或者從壓縮列表中刪除節點，可能會引發連鎖更新操作，但這種操作出現的機率並不高。 Redis資料型別 === Redis中，鍵的資料型別是字串，但提供了豐富的資料儲存方式，方便開發者使用，值的資料型別有很多，常用的資料型別有五種，分別是字串（string）、列表（list）、字典（hash）、集合（set）、有序集合（sortedset）。 字串（string） --- “字串（string）”這種資料結構型別非常簡單，對應到資料結構裡，就是Redis裡的簡單動態字串（SDS）。 列表（list） --- 列表這種資料型別支援儲存一組資料。這種資料型別對應兩種實現方法，一種是壓縮列表（ziplist），另一種是雙向迴圈連結串列。 當列表中儲存的資料量比較小的時候，列表就可以採用壓縮列表的方式實現。具體需要同時滿足下面兩個條件： - 列表中儲存的單個數據（有可能是字串型別的）小於64位元組； - 列表中資料個數少於512。 字典（hash） 字典型別用來儲存一組資料對。每個資料對又包含鍵值兩部分。字典型別也有兩種實現方式。一種是壓縮列表，另一種是散列表。 同樣，只有當儲存的資料量比較小的情況下，Redis才使用壓縮列表來實現字典型別。具體需要滿足兩個條件： - 字典中儲存的鍵和值的大小都要小於64位元組； - 字典中鍵值對的個數要小於512個。 集合（set） --- 集合這種資料型別用來儲存一組不重複的資料。有兩種實現方式：一種是基於有序陣列，另一種是基於散列表。 當要儲存的資料，同時滿足下面這樣兩個條件的時候，Redis就採用有序陣列，來實現集合這種資料型別。 - 儲存的資料都是整數； - 儲存的資料元素個數不超過512個。 有序集合（sortedset） --- 有序集合用來儲存一組資料，並且每個資料會附帶一個得分。通過得分的大小，我們將資料組織成跳錶這種資料結構，以支援快速地按照得分值、得分割槽間獲得資料。 有序集合也有兩種實現方式：跳錶和壓縮列表。使用壓縮列表來實現有序集合的前提： - 所有資料的大小都要小於64位元組； - 元素個數要小於128個。 參考資料 --- - [Redis設計與實現](https://book.douban.com/subject/25900156/) - [演算法實戰（一）：剖析Redis常用資料型別對應的資料結構](https://time.geekbang.org/column/article