Redis的数据结构

1、Redis是使用C语言开发的一种以键值对形式存储数据的非关系型数据库。

 

2、Redis的键只能是字符串类型，值可以包括：String、List、Set、Sorted set、Hash等。

 

3、String类型底层实现

（1）采用简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）的抽象类型。

（2）结构定义：

struct sdshdr {
  // 已使用字节  
  int len;
  // 未使用字节
  int free;
  // 字节数组，用于保存字符串
  char buf[];
}

（3）不采用C语言字符串，采用SDS的原因有：

获取字符串长度的复杂度为O(1)；

API是安全的，不会造成缓冲区溢出；

修改字符串长度N次最多需要执行N次内存重新分配；

可以保存文本或者二进制数据；

兼容部分C字符串函数。

 

4、List类型底层实现

（1）两种情形：当列表数量比较多，或者元素为较长的字符串时使用双向链表实现；当列表元素较少，或者元素为较短的字符串时使用压缩列表实现。

（2）双向链表底层实现为list（头结点、尾节点、链表长度等）+ listNode（前置指针、后置指针、节点值）结构表示，链表可以用于保存不同类型的值。

（3）压缩列表是一种为节约内存而使用的顺序型数据结构，包含多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或者是整数。

 

5、Set类型底层实现

（1）采用整数集合（intset）来保存整数值的集合抽象数据结构，集合中不会出现重复元素。

（2）结构定义： 

typedef struct intset {
  // 编码方式
  unit32_t encoding;
  // 集合包含的元素数量
  unit32_t length;
  // 保存元素的数组
  int8_t contents[];  
} intset;

（3）intset底层实现为数组，只支持升级（位数）操作，不支持降级操作。

 

6、Sorted Set类型底层实现

（1）采用跳跃表来实现，是一种有序数据结构，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。

（2）跳跃表底层实现由zskiplist（包括头结点、尾节点、长度）和zskiplistNode（节点，包括层、前进指针、后退指针、跨度、分值、成员对象等）两个结构组成。

（3）每个跳跃表节点的层高都是1至32之间的随机数。

（4）在同一个跳跃表中，多个节点可以包含相同的分值，但每个节点的成员对象必须是唯一的。

（5）跳跃表的节点按照分值大小进行排序，当分值相同时，节点按照成员对象的大小进行排序。

 

7、Hash类型底层实现

（1）采用字典来实现，字典可以用来实现Redis的数据库和哈希键。

（2）字典底层实现为哈希表，每个字典有两个哈希表，一个平时使用，另一个在rehash时使用。

（3）Redis使用MurmurHash2算法来计算键的哈希值。

（4）哈希表使用链地址法来解决键冲突。

（5）在对哈希表进行扩展或收缩时，需要进行渐进式地rehash操作。

 

8、Redis对象的含义

（1）Redis数据库中每个键值对的键和值都是一个对象。

（2）Redis的字符串、列表、哈希、集合以及有序集合的对象至少都有两种或以上的编码方式，不同场景下的编码可以优化对象的使用效率。

（3）服务器在执行某些命令之前，会先检查给定键的类型能否执行指定的命令，而检查一个键的类型就是检查键的值对象的类型。

（4）Redis的对象系统带有引用计数实现的内存回收机制，当一个对象不再被使用时，该对象所占用的内存就会被自动释放。

（5）Redis会共享值为0到9999的字符串对象。

（6）对象会记录字节的最后一次被访问时间，这个时间可以用于计算对象的空转时间。