redis数据结构底层剖析学习笔记2

四.跳跃表

跳跃表(skiplist)是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。

redis使用跳跃表作为有序集合的底层实现之一，如果一个有序集合包含的元素数量比较多，又或者有序集合中元素的成员是比较长的字符串时，redis就会使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现。redis只在两个地方用到跳跃表，一个是实现有序集合键，另一个是在集群节点中用作内部数据结构。

4.1 跳跃表的实现

跳跃表由redis.h/zskiplistNode和redis.h/zskiplist两个结构定义，其中zskiplistNode结构用于表示跳跃表节点，而zskiplist结构则用于保存跳跃表节点的相关信息。

typedef struct zskiplistNode{
	//层
	struct zskiplistLevel{
		//前进指针
		struct zskiplistNode *forward;
		//跨度
		unsigned int span;
	} level[];
	//后退指针
	struct zskiplistNode *backward;
	//分值
	double score;
	//成员对象
	robj *obj;
}zskiplistNode;

(1).层

跳跃表节点的level数组可以包含多个元素，每个元素都包含一个指向其他节点的指针，程序可以通过这些层加快访问其他节点的速度，一般来说，层的数量越多，访问其他节点的速度就越快。

每次创建一个新跳跃表节点的时候，程序根据幂次定律随机生成一个介于1和32之间的值作为level数组的大小，这个大小就是层的“高度”。

(2).前进指针

(3).跨度

层的跨度用于记录两个节点之间的距离：

>两个节点之间的跨度越大，那么距离越远；

>指向null的所有前进指针的跨度是0。

跨度是用来计算排位(rank)的。

(4).后退指针

和可以一次跳过多个节点的前进指针不同，因为每个节点只有一个后退指针，所以每次只能后退到前一个节点。

(5)分值和成员

节点的分值是一个double类型的浮点数，跳跃表的所有节点都是按分值从小倒大排序。

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。

在同一张跳跃表中，各个节点保存的成员必须是唯一的，但是多个节点保存的分值却可以是相同的：分值相同的节点将按照成员对象在字典序中的大小进行排序，小的排前面。

typedef struct zskiplist{
	//层
	struct zskiplistNode *header,*tail;
	//表中节点的数量
	unsigned long length;
	//表中层数最大的节点的层数
	int level;
}zskiplist;

 

header和tail指针分别指向跳跃表的表头和表尾节点，通过这两个指针，程序定位表头节点和表尾节点的复杂度是O(1)。通过length属性记录节点的数量。

六.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元素，并且这个集合的元素数量不多时，redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现。

typedef struct intset{
//编码方式
uint32_t encoding;
//集合包含的元素数量
uint32_t length;
//保存元素的数组
int8_t contents[];
}intset;

contents数组是整数集合的底层实现：整数集合的每个元素都是contents的一个数据项，每个项在数组中按值的大小从小到大排列，并且数组中不包含任何重复项。

另外还有一点就是 假设一个新元素add到整数集合中，并且新元素的encoding类型比整数集合现有所有元素的类型都要长时，整数集合需要先进行升级，然后才能讲新元素添加到整数集合中。一旦对数组进行了升级，无法降级。

七.压缩列表

压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么redis就会使用压缩列表作为列表键的底层实现。

redis>rpush lst 1 3 5 10086 "hello" "world"
(integer) 6
redis>OBJECT ENCODING lst
"ziplist"

另外，当一个哈希键只包含少量键值对，并且每个键值对的键和值要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么redis就会使用压缩列表来做哈希键的底层实现。

redis>hmset profile "name" "Jack" "age" 28 "job" "teacher"
OK

redis>OBJECT ENCODING profile
"ziplist"

7.1 压缩列表的构成

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型数据结构。

一个压缩列表可以包含任意多个节点(entry)，每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。

 

7.2 压缩列表节点的构成

 

 

 每个压缩列表节点都可以保存一个字节数组或者一个整数值。

(1)节点的previous_entry_length是以字节为单位，记录着前一节点的长度。通过这个属性以及当前节点的起始值，可以计算出上一节点的起始值。另外当前一节点的长度小于254字节，那么previous_entry_length的长度是1字节，如果前一节点的长度大于等于254字节，那么previous_entry_length的长度是5字节

(2)encoding记录了节点content属性所保存数据的长度和类型 ：

>值的最高位是00，01，10的话，content保存的是字节数组；

>值的最高位是11的话，content保存的是整数。

7.3 连锁更新

当对压缩列表进行新增或者删除时，可能会发生连锁更新(因为当前一节点变成大于254字节的时候，当前节点previous_entry_length会由1字节变成5字节，假设恰好当前节点此时也变成大于254字节，那么当前节点的下一个节点的previous_entry_length也会变化....依次进行，产生了连锁更新)