redis基础数据结构详解
一. redis为什么快
- 基于内存的存储
- 虽然是单线程，但是采取了多路复用，可以高效的处理网络并发
- 良好的数据结构设计
二.redis基础数据结构
redis有五种基础的数据结构 string,list,set,zset,hash
redis所有的数据结构的key都是string类型，我们所说的数据结构都是指value的数据结构
1. 字符串
redis中的字符串并没有采用C语言的字符串，而是对其进行了重新设计，redis中的字符串叫做SDS（Simple Dynamic String）
SDS的数据结构如下
struct sdshdr{
//记录buf数组中已使用字节的数量
int len;
//记录buf数组中未使用字节的数量
int free;
//字节数组，用于保存字符串
char buf [];
}
C字符串和SDS之间的区别：
- C语言字符串返回一个字符串长度需要从头到尾遍历，时间复杂度为O(N),SDS因为有len属性，所以可以直接返回len即可
- C语言字符串不能很好得防止缓冲区溢出，需要程序员手动判断一下，例如C字符串修改/拼接的时候，SDS字符串进行类似操作时，会先判断内存是否足够操作使用，如果不够使用，会先对SDS进行扩容
- C语言字符串对字符串进行修改必须重新对内存进行分配，SDS修改字符串时候并不一定会对内存进行重新分配，主要是因为采取了以下策略：
a. 空间预分配，当SDS扩容的时候，除了分配SDS所将要使用的内存空间外，还会分配和字符串内存相同的大小的内存空间
b. 惰性空间释放，当SDS释放内存空间时，并不会立刻释放内存空间，只需要使用free记录下即可 - SDS是安全的字符串，可以保存图片，音频等数据
SDS不同编码
int 当字符串对象值为整型，redis会直接用一个整数值来表示字符串对象
embstr
raw
以下为三种编码方式的内存布局
embstr:
一次预分配空间，只读，修改后自动转换为raw编码模式
增长超过44字节自动转换为raw编码模式
raw编码模式不可回退到embstr编码模式
只适合长点较小的字符串，小于44字节
raw编码模式
需要两次分配内存空间（分别为redisObject和sds分配内存空间）
保存大于44字节的字符串
embstr到raw的转换
在redis中，所有的存储都是以KV键值对的形式存储的，K是字符串类型，就是SDS；V 可能是字符串、list、hash等(Redis支持的数据结构)，V并没有直接定成具体的类型，而是用redisObject封装了一层；实际存储的数据结构是由ptr指针具体指向。
并且，redis为了更好的节省空间，ptr指针也有不同方式的存储，一方面，当保存的是 Long 类型整数时，RedisObject 中的指针就直接赋值为整数数据了，这样就不用额外的指针再指向整数了，节省了指针的空间开销。另一方面，当保存的是字符串数据，并且字符串小于等于 44 字节时，RedisObject 中的元数据、指针和 SDS 是一块连续的内存区域，这样就可以避免内存碎片。这种布局方式也被称为 embstr 编码方式。当然，当字符串大于 44 字节时，SDS 的数据量就开始变多了，Redis 就不再把 SDS 和 RedisObject 布局在一起了，而是会给 SDS 分配独立的空间，并用指针指向 SDS 结构。这种布局方式被称为 raw 编码模式。
扩容：SDS在1M以下时，每次扩容会把当前容量扩大一倍，到了1M以后，每次扩容会增加1M容量
2. list
redis老版本采用ziplist和linkedlist表达list，但是由于linkedlist过于浪费内存，采用quicklist表达list，quicklist采用了ziplist和linkedlist的方式进行结合，quicklistnode结构包含ziplist，组成双向链表。ziplist默认超过8k就新开ziplist
quicklist的数据结构如下
struct ziplist {
...
}
struct ziplist_compressed {
int32 size;
byte[] compressed_data;
}
struct quicklistNode {
quicklistNode* prev;
quicklistNode* next;
ziplist* zl; // 指向压缩列表
int32 size; // ziplist 的字节总数
int16 count; // ziplist 中的元素数量
int2 encoding; // 存储形式 2bit，原生字节数组还是 LZF 压缩存储
...
}
struct quicklist {
quicklistNode* head;
quicklistNode* tail;
long count; // 元素总数
int nodes; // ziplist 节点的个数
int compressDepth; // LZF 算法压缩深度
...
}
3.hash
hash有两种数据结构
- ziplist
- dict
4.zset
zset底层两种数据结构
- ziplist
- hash+skiplist
5. set
hashtable（key为set里面的值，value为null）
inset(有序数组)
