Redis基础01-redis的数据结构

参考书：《redis设计与实现》

Redis虽然底层是用C语言写的，但是底层的数据结构并不是直接使用C语言的数据结构，而是自己单独封装的数据结构；
Redis的底层数据结构由，简单动态字符串，链表，字典，跳跃表，整数集合等几种数据结构组成；

1.简单动态字符串

1.定义：

• 简单动态字符串：SDS（simple dynamic string）redis 自己构建的；数据结构如下：

struct sds{ 
     int free ; // 未使用长度 
     int len; //字符长度
     char buff[]; // 字符数组
}

结尾的一个字节不算在len的长度里面；

2.SDS和C字符串的差别

相同点：都是n+1的长度，都是以\0结尾；
不同点：

1.获取字符串长度复杂度不同；
2.杜绝缓存区溢出
3.减少字符修改造成的内存再分配次数； 　　
  - 3.1空间预分配；3.2惰性空间释放；
4.二进制安全；
5.兼容部分C字符串；

2.链表

1.链表和节点的实现

struct listNode{
    struct listNode *prev;
    struct listNode *next;
    void *value;
}

typeof struct list{
    listNode *head;//第一个
    listNode *tail;//最后一个节点
    unsigned int len;//长度
    void *(*dup)(void *ptr);//复制节点函数
    void (*free)(void *ptr)；//节点值释放函数
    int (*match)(void *ptr,void *key)//节点比对函数
 
}list;

• 特点：
  • 双端（链表带有pre和next两个指针）；
    　- 无环（表头的pre和表尾的next都是NULL）；
  • 带表头指针和表尾指针；
  • 求链表长度计数器（len是链表节点的计数器），
  • 多态（dup,free,match三个属性设置特定类型，可以保存不同类型的值）

3.字典

1.定义及实

字典：又称符号表，关联数组或映射，是一种用于保存键值对的抽象数据结构；
在字典中，一个字和一个值进行关联，这些键和值就称为键值对；
redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对

• 哈希表

typedef struct dictht{
    dictEntry **table;//哈希表数组
    unsigined long size;//哈希表数组大小
    unsigined long sizemask;//哈希表大小掩码，值总是size-1
    unsigined long used;//哈希表数组已有节点的数量
}

• 哈希表节点

typeof struct dictEntry{
    void *key;//键
    union{//值
        void *val;
        uint64_tu64;
        int64_ts64;
    } v;
    struct dictEntry *next;//指向另一个哈希表节点的指针，可以将多个哈希值相同的键值对连接在一次
}

• 字典

typedef struct dist{
    dictype *type;//类型特定函数
    void  *privdata;//私有数据
    dictht ht[2];//哈希表
    in trehashidx;//rehash索引//当rehash不在进行时，值为-1
}dict;
typedef struc dictType{
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);//计算哈希值的函数
    void (keyDup)(void *privdata,const void *key);//复制键的函数
    void (valDup)(void *privdata,const void obj);
    int (keyCompare)(void *privdata,const void *key1,const void key2);
    void (keyDestructor)(void *privdata,void key);
    void (valDestructor)(void *privdata,void * obj);
} dictType ;

#### 2.哈希算法 ```算法来计算键的哈希值。 ```

3.解决键冲突

    当两个键或者两个以上键分配到redis同一索引的时候，就称为键冲突；

• 使用链地址法来解决键冲突；
  

4.rehash重新散列

• 目的：为了让平衡因子维持再一个合理的范围，k-v不会太多，也不会太少

5.渐进式rehash

• 分步进行rehash,为字典分配两个哈希表，当对一个哈希表操作时，程序在指定的操作上，会把旧表中的数据带到新的哈希表。到某一点完全实现rehash.

4.跳跃表

　跳跃表 是一种有序数据结构，它可以在每个节点中维持多个只指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。

　使用的场景：在redis中，一个是实现有序集合键；一个是集群节点中用作内部数据结构；

1.跳跃表节点

5.整数集合

　当一个集合质保和整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时；

1.整数集合的实现

• 整数集合是Redis用于保存整数值的集合抽象数据结构；

typedef struct intset{
    uint32_t encoding;//决定contents里面保存的数据类型
    uint32_t length;//整数集合包含的元素数量
    int8_t contents[];
}inset;

2.升级

当新元素比整数集合中所有元素的类型都要长时，整数集合需要先升级，再将元素保存到集合里面；

• 步骤：1.根据新元素，扩展底层类型；2.将所有元素转换成新元素类型，并保证底层顺序不变；3.将新元素添加到底层里面；

-　优点：1.提高灵活性，如果是int_32的就存储相关的元素，如果有int_64的就升级；2.节省内存资源；

3.降级

整数集合不支持降级

6.压缩列表

是一种节约内存而开发的顺序型数据结构；

• 使用场景：当一个列表项，只有少量数据，且数据比较小，小整数或者短字符的情况下；

1.压缩列表的构成

2.压缩列表节点的构成

• previous_entry_length：记录前一个结点的长度；
• encoding：记录content属性所保存的数据和长度；
• content：保存节点的值；

3.连锁更新

每个previous_entry_length属性都记录前一个界定啊的长度：
如果节点小于254，则需要用1字节长的空间保存这个长度值；如果大于或等于254字节，则用5字节长的空间保存这个长度值