redis（3）跳跃表与整数集合，压缩列表

跳跃表：
跳跃表是一种有序数据结构，通过在每个节点维持多个指向其他节点的指针，达到快速访问节点的目的。redis使用跳跃表作为有序集合键的实现，如果一个有序集合包含额元素数量比较多，又或者有序集合中元素的成员是比较长的字符串时，redis会使用

跳跃表作为有序集合键的实现。

redis只在有序集合键和集群节点中用作内部数据结构。

跳跃表zskiplist{

zskiplistnode header ：指向跳跃表的表头节点。

zskiplistnode tail：指向跳跃表的表尾节点

level：记录目前跳跃表，层数最大的节点所在层数

length：记录跳跃表长度，不包含表头节点

}

 

zskiplistnode{

zskiplistnode *backward 后退指针，在程序从表尾向前遍历时使用

score 分数

*obj 成员对象

zslistlevel{

zskiplistnode *forward 访问位于表尾方向的其他节点

int span 表示当前节点与本层所指向的下一个节点的距离

}

}

节点的分值是一个double类型的浮点数，跳跃表中的所有节点都按分值大小排序

节点的成员对象是一个指针，它指向一个字符串对象，而字符串对象则保存着一个sds值。

同一个跳跃表，各个节点保存的成员对象必须是唯一的，但是多个节点保存的分值可以是相同的：分值相同的节点将按照成员对象在字典序中的大小来进行排序，成员对象较小的节点会排在前面，靠近表头方向，而成员对象

较大的节点则会排在后面。靠近表尾方向。

整数集合：
整数结合是集合键的底层实现，

intset{

encoding 编码方式：int16_t  int32_t  int64_t

int8_t contents[] 保存元素的数组    //contents数组所保存的值取决于编码的方式，且数组中的元素都是从小到大排序的

}

整数集合的升级操作，如果向数组中元素添加了编码方式更高的整数，则会对整数集合进行升级

根据新元素的类型，扩展底层数组空间的大小，并为新元素分配空间，将底层数组现有的元素进行类型转换，转换到与新元素相同的类型，并将转换后的元素放在正确的位置上，

这个正确的位置，要维持数组中元素的大小排序，最后一步需要改变encoding的值为最高类型的值

整数集合的优点是可以通过自动升级底层数组来适应新元素，可以随意将不同类型编码的整数，加入到集合中。同时

可以节约内存，只有在添加更高编码的元素时才会升级集合，可以尽量节省内存。

整数集合不支持降级操作。

压缩列表：

压缩列表是哈希键与列表键的底层实现，当一个列表键只包含少量列表项，并且列表项要么就是小整数值，长度比较短的字符串，那么reids会使用压缩列表来做列表键的底层实现。
压缩列表是redis为了节约内存而开发的，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序性数据结构，一个压缩列表可以包含任意多个节点，每个节点保存一个字节数组或者整数值

压缩列表中的压缩节点即entryx的构成：
{

previous_entry_length

encoding

content

}entryx

previous_entry_length 保存的是前一个字节的长度，如果前一个节点的长度<254字节，那么previous_entry_length属性的长度为一字节（注：前一个节点的长度>=254字节，指实际分配内存空间大于254字节，而我们这里所说的属性长度为一字节仅仅是用来记录这个长度值，相当于记录数字，这里容易弄混），如果前一个节点长度>=254字节，那么previous_entry_length属性的长度为5字节，其中属性的第一字节会被设置为0xEE（十进制254），而之后的四个字节则用于保存前一字节的长度

压缩列表可以通过表尾指针所指向表尾的节点减去当前及节点的previous_entry_length值，即可以得到前一个节点所在位置，这就是压缩列表从表尾向表头的遍历操作

 

压缩列表存在连锁更新问题：即如果在表头插入一个大于254字节长度的节点，原来表头节点的previous_entry_length属性仅为一字节无法保存现表头长度，则需要变化扩展previous_entry_length属性为5字节，如果恰好当前节点长度介于250到253之间，则扩展后使得当前节点长度>=254字节,使得下一个节点也无法保存，继续扩展下一个节点可能出现连锁反应，引发由内存空间重分配引发的性能问题。

 

redis对象：
redis没有使用之前讲到的数据结构来实现键值对数据库，而是基于这些数据结构创建了一个对象系统，系统包含了 字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象，有序集合对象，五种类型

reredis使用对象来表示数据库中的键和值，每次使用reids的数据库创建一个键值对时，至少会创建两个对象，

redisobject结构如下所示：
redisobject{

 

unsigned type ：上面提到的五种类型

encoding：编码：对向的ptr指针指向对象的底层实现数据结构，而这些数据结构由对象的encoding属性决定
void * ptr 指向底层实现数据结构的指针

}

记住每一个种对象所使用的的编码方式中种类可以有多种，例如 String 对象编码方式可以有 整数值或者采用embstr编码的简单动态字符串实现

即 redis_striing 编码方式有 redis_encoding_int 和 redis_encoding_embstr

使用object encoding 命令可以查看一个数据库键的值对象的编码

字符串对象的编码可以是int raw embstr

当字符串对象所保存字符串的值小于等于39字节，那么将采用embstr编码

embstr编码是专门用于保存段字符串的一种优化编码方式，这种编码和raw编码一样都是用redisobject结构和sdshdr结构，而embstr编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间，

空间中依次包含redisobject和sdshdr两个结构。embstr编码优点将次分配内存和释放内存对于系统调用的次数，同时enmstr编码的字符串对象所有的数据都保存在一块连续的内存里面，所以采用embstr编码的字符串对象比raw编码的字符串对象

能够更好地利用缓存带来的优势。

列表对象可以采用压缩列表与双端链表编码：
当列表对象可以满足下列两个条件时，列表对象可以使用ziplist编码：
列表对象所保存的所有字符串元素长度都小于64字节，

列表对象保存的元素数量小于512个，

如果不能满足这两个条件，则会采用linkedlist编码。

 

 

哈希对象的编码可以是ziplist和hashtable

对于压缩列表：保存了同一个键值对的两个节点总是紧挨在一起，保存键的节点在前，保存值得节点在后；先添加到哈希对象中的键值对会被放到压缩列表的表头方向，而后来添加到哈希表对象中的键值对会被放到

压缩列表的表尾方向。

hashtable编码的哈希对象底层使用字典作为顶层实现。哈希对象中的每个键值对使用一个字典键值对来保存

编码转换：
当哈希对象保存的所有键值对的键和值的字符串长度都小于64字节，

哈希对象保存的键值对数量小于512个，不能满足这两个条件的哈希对象需要使用hashtable编码

集合对象的编码可以是intset或者hashtablle

如果是使用hashtable编码作为集合的底层实现，字典的每个键都是一个字符串对象，每个字符串对象包含了一个集合元素，而字典的值则全部被设置为null。

 

有序集合对象：
编码可以是ziplist和skiplist

压缩列表作为顶层实现，则压缩列表内的集合元素按照分值从小到大进行排序，分值较小的元素被放置在靠近表头的位置，而分值较大的元素则被放在靠近表尾的位置

较复杂的是skiplist编码的有序集合对象使用zset结构作为底层实现，一个zset结构同时包含一个字典和一个跳跃表

zet{

zskiplist *zsl；

dict *dict

}zset

对于zskiplist使用跳跃表节点的score属性保存分值，object属性保存元素成员

对于字典使用，字典的键保存了元素的值，字典的值保存了元素的得分

这样的目的是使用zskiplist可以降低范围查询的时间复杂度：如执行zrank，zrange命令

使用dict的原因是可以以O（1）的时间复杂度的到元素的分值，如果上述两只结构只使用一个的话，必然会导致某一个命令的时间复杂度上升。

有序集合对象可以同时满足一下两个条件时对象会使用ziplist编码：
有序集合对象保存元素数量小于128

有序集合保存的所有元素成员的长度都小于64字节

redisobject对象中内存回收：

redis在自己的对象系统中构建了一个引用计数技术实现内存的回收机制，通过这一机制，程序通过跟踪对象的引用计数信息，在适当的时候自动释放对象进行内存回收

每个对象的引用计数用redisobject对象的refcount 属性记录

创建一个新对象时，引用计数值会被初始化为1

当对象被一个新程序使用时，它的引用计数值会被增1

当对象不再被一个程序使用时，它的引用计数值减一

当对象的引用计数值为0时，对象占用的内存会被释放

redisobject对象中对象共享：
对象的引用计数属性还带有对象共享的作用，如果键a创建了一个包含整数值100的字符串对象作为值对象，如果键b也要创建一个同样保存了整数值100的字符串对象作为值对象，

那么键b则会和a共享一个字符串对象

实现步骤：
将数据库键的值指针指向一个现有的值对象，将被共享的值对象的引用计数增1

目前来说redis会在初始化服务器时，创建一万个字符串对象，这些对象包含了从1到9999的所有整数值，当服务器需要用到0到9999的字符串对象时，服务器就会使用这些共享对象，而不是创建新对象

对象的空转时长：
redisobject.lru属性：该属性记录了对象最后一次被命令程序访问的时间。

通过使用object idletime 命令可以打印出给定键的空转时长，这一空转时长就是通过将当前时间减去键的值对象的lru时间计算得到

键的空转时长还有一个作用就是如果服务器打开了maxmemory选项，并且服务器用于内存回收的算法为volatile-lru或者allkeys-lru，那么当服务器占用的内存数超过了maxmemory选项所设置的上限值时，

空转时长较高的那部分键会优先被服务器释放，从而回收内存