Redis基本数据类型底层数据结构
Redis数据类型底层数据结构简介
Redis目前基本的数据类型有String、List、Set、ZSet、Hash五种，首先Redis是C语言开发的，所以底层就是用C语言封装数据结构或者C语言本身提供的数据结构来存储。redis内部的主要数据结构主要有简单字符串（SDS）、双端链表、字典、压缩列表、跳跃表、整数集合。Redis内部并没有直接使用这些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，这个对象系统包含了我们所熟知的五种基本类型数据，也就是字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象这五种类型的对象。而它们每一种对象都使用到了至少一种前面所介绍的数据结构。下面介绍一下redis内部的主要几个数据结构简单字符串（SDS）、双端链表、压缩列表、跳跃表的定义。然后再介绍一下redis基本的五种数据类型，也就是五种类型的对象用到了上面的哪些数据结构。
redis的数据结构
SDS（Simple Dynamic String）简单字符串
1、redis定义：
2、使用范围：在redis里面，C本身的字符串只会作为字符串字面量（String literal）只用在一些不必对字符串值修改的地方，比如打印日志。
而redis需要使用字符串存储并且会修改的地方，都使用了SDS来存储。例如Key值。
3、优点：使用SDS来存储字符串的优点：
- SDS的len属性直接记录了长度，获取字符串长度的复杂度为O(1)。
- C字符串本身不记录长度容易产生缓存区溢出，而SDS杜绝了缓冲区的溢出。
- C字符串本身不记录长度，每次修改都要重新分配内存，SDS减少了重新分配内存次数。
- 优化了字符串缩短操作。并且可以保存任意格式的二进制数据，而C字符串必须含有编码。
链表（list）
1、链表：listNode结构来保存，多个listNode可以形成双向链表，redis定义了list表示头节点来持有链表，下图分别是节点listNode和链表list的定义。
2、redis定义：
-
节点listNode
-
链表list
3、使用范围：链表在redis中用作了列表键、发布与订阅、慢查询、监视器等
跳跃表（zskiplist）
1、跳跃表：是一种有序得数据结构，通过在每个节点上维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问的目的，可以理解为改进版的双端链表，改进的手段是通过空间换取了时间。
2、复杂度：跳跃表支持平均O(logN)、最坏O(N)的查找复杂度，大部分条件下，跳跃表的效率可以和平衡树媲美，并且实现比平衡树简单。
-
跳跃表节点zskiplistNode
-
跳跃表zskiplist
3、跳跃表结构图：
仔细观察上图跳跃表的结构后，发现如果节点的层数越高，那么这个节点访问其他节点的速度就越快。换言之，level越高，代表了这个跳跃表的查找效率可能会比较高。当然并不是绝对的，因为redis每次创建跳跃表节点时，程序是根据幂次定律(越大的数出现概率越小)， 生成层数高度。同时，节点的顺序是根据每个节点的分值排序的，如果分值相同，那么根据对象的大小排序。
压缩列表（ziplist）
1、压缩列表：是redis为了节省内存而开发的，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，一个压缩列表的可以包含多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。
2、压缩列表结构图：
3、压缩列表特点：
- 是一种为节省内存开发的顺序性数据结构
- 可以包含多个节点，每个节点保存一个字节数组或者整数值
- 添加新节点到压缩列表，或者从压缩列表删除节点，可能会引发连锁更新操作，但是机率不高
Redis五种基本数据类型
上面提到过，redis并没有使用上面的数据结构直接用来实现键值对数据库，也就是常说的五种基本数据类型，而是创建了一个对象系统，这个系统包含了字符串对象，列表对象、哈希对象、集合对象、和有序集合对象这五种基本数据类型。这样做有一个好处是，我们可以针对不同的场景，对相同的数据类型对象使用不同的数据结构，来优化提高效率。
底层redisObject对象
1、对象：redis的键值对都是一个redisObject结构，该结构中有三个属性，type类型属性、encoding编码属性、ptr指向底层数据结构属性。
- redisObject对象定义
- 数据库的key值都是一个string字符串对象
2、编码常量：
String类型
字符串对象的编码是int、raw、embstr。参考上面的编码常量表，也就是说字符串类型的数据底层的数据结构使用的是整数、SDS、embstr编码的SDS。
1、编码转换
即上述几种编码会在何时转换，也就是redis底层决定用什么存储字符串数据？。
当int类型的编码通过操作存储的是字符串值，那么字符串对象的编码将从int变为raw。
List类型
列表对象的编码可以是zipList压缩列表和linkedlist双端链表。
1、编码转换
即上述两种编码会在何时转换，也就是redis底层什么时候会用压缩列表存储列表数据？什么时候会使用双端链表存储列表数据。
当列表同时满足以下两个条件时，列表对象会使用zipList编码，也就是压缩列表
- 列表对象保存的所有字符串元素的长度都小于64字节
- 列表保存的元素少于512个，
2、配置
上述两个条件是支持配置的，也就是说我们可以redis直接读取我们的配置，来决定列表list类型底层使用什么样的数据结构来存储数据
- list-max-ziplist-value
- list-max-ziplist-entries
Set类型
集合对象使用的是intset整数集合(intset底层使用的是整数集合数据结构)或者hashtable哈希表（hashtable底层使用的是字典数据结构，我们并没有在本文做详细介绍，有需要可以自己了解）
1、编码转换
当集合对象同时满足下面两个条件，会使用intset编码
- 集合对象保存的所有对象都是整数值
- 集合对象保存的元素数量小于512个；
2、配置
上述第二个条件是支持配置的。
- set-max-intset-entries
ZSet类型
有序集合的编码使用的是ziplist压缩列表和skiplist跳跃表。
注意：上面介绍skiplist的时候我们可以从结构图中明显看到存储集合元素的时候，score在每个节点中式如何存储的。那么如果ZSet使用的式ziplist压缩列表，redis怎么存储score和value值呢？其实很简单，每个集合的元素都使用两个节点来存储，第一个节点保存的是成员（member），第二个元素保存的是元素的分值（score）
1、编码转换
当有序集合对象可以同时满足以下两个条件时，使用ziplist编码
- 有序集合的所有元素长度都小于64字节
- 有序集合的元素数量小于128个；
2、配置
上述两个条件是支持配置的。
- zset-max-ziplist-value
- zset-max-ziplist-entries
Hash类型
哈希对象使用的是ziplist压缩列表或hashtable哈希表。（hashtable底层使用的是字典数据结构，我们并没有在本文做详细介绍，有需要可以自己了解）
1、编码转换
当哈希对象同时满足下面两个条件，使用ziplist压缩列表
- 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的数量小于512个；
2、配置
上述两个条件是支持配置的。
- hash-max-ziplist-value
- hash-max-ziplist-entries
