深入浅出Redis-redis底层数据结构（下）

约定不等于承诺〃 2021-06-11 15:14 428阅读 0赞

[https://www.cnblogs.com/jaycekon/p/6277653.html][https_www.cnblogs.com_jaycekon_p_6277653.html]

## **概述：** ##

**　　　　**学习使用Redis，其实并不需要去研究其底层数据的实现。我们只需要了解他有哪些常用的数据类型，然后熟练使用，就可以很好的掌握Redis 这个工具了。但是这样的学习方法只适合Redis 的入门，“工欲善其事必先利其器”，我们想要用好Redis，则必须深入了解Redis 的底层到底是如何实现的，我们在选择数据结构的时候才能做出正确的选择。

在上一篇博客[《深入浅出Redis-redis底层数据结构（上）》][Redis-redis]中，我们已经讲解了Redis 中的 动态字符串，链表，字典

在这里我们简单回顾一下他们的特点：

1、动态字符串SDS：区别于C语言字符串，具有良好的伸缩性，在获取字符串长度，字符串修改，防止缓存区溢出等性能都比C语言字符串好

2、链表：顺序存储对象信息，有用于缓存链表长度的属性，在插入删除对象功能中有良好性能，避免环的产生

3、字典：key-value 存储方式，通过hash值计算，判断key的存储，当容量过大，会通过rehash重新分配字典大小

##  5、跳跃表 ##

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### **　　5.1 概述** ###

**　　　　**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。跳跃表是一种随机化的数据,跳跃表以有序的方式在层次化的链表中保存元素，效率和平衡树媲美 ——查找、删除、添加等操作都可以在对数期望时间下完成，并且比起平衡树来说，跳跃表的实现要简单直观得多。

Redis 只在两个地方用到了跳跃表，一个是实现**有序集合键**，另外一个是在**集群节点**中用作**内部数据结构**。

### **　　5.2 跳跃表的定义** ###

我们先来看一下一整个跳跃表的完整结构：

![1053081-20170112111702275-1993309998.png][]

Redis 的跳跃表 主要由两部分组成：zskiplist（链表）和zskiplistNode （节点）

5.2.1 zskiplistNode（节点） 数据结构：

![复制代码][copycode.gif]

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;
    }

![复制代码][copycode.gif]

1、层：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。

2、前进指针：用于指向表尾方向的前进指针

3、跨度：用于记录两个节点之间的距离

4、后退指针：用于从表尾向表头方向访问节点

5、分值和成员：跳跃表中的所有节点都按分值从小到大排序。成员对象指向一个字符串，这个字符串对象保存着一个SDS值

5.2. zskiplist 数据结构：

![复制代码][copycode.gif]

typedef struct zskiplist {
         //表头节点和表尾节点
         structz skiplistNode *header,*tail;
         //表中节点数量
         unsigned long length;
         //表中层数最大的节点的层数
         int level;
    
    }zskiplist;

![复制代码][copycode.gif]

![1053081-20170112113402947-808543279.png][]

从结构图中我们可以清晰的看到，header，tail分别指向跳跃表的头结点和尾节点。level 用于记录最大的层数，length 用于记录我们的节点数量。

### **　　5.3 总结** ###

*  **　**跳跃表是有序集合的底层实现之一
 *     主要有zskiplist 和zskiplistNode两个结构组成
 *     每个跳跃表节点的层高都是1至32之间的随机数
 *     在同一个跳跃表中，多个节点可以包含相同的分值，但每个节点的对象必须是唯一的
 *     节点按照分值的大小从大到小排序，如果分值相同，则按成员对象大小排序

##  6、整数集合（Intset） ##

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### **　　6.1 概述** ###

**　　　　《Redis 设计与实现》** 中这样定义整数集合：“整数集合是**集合建**的底层实现之一，当一个集合中只包含整数，且这个集合中的元素数量不多时，redis就会使用整数集合intset作为集合的底层实现。”

我们可以这样理解整数集合，他其实就是一个特殊的集合，里面存储的数据只能够是整数，并且数据量不能过大。

### **　　6.2 整数集合的实现** ###

**　　　　**

![复制代码][copycode.gif]

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

![复制代码][copycode.gif]

我们观察一下一个完成的整数集合结构图：

![1053081-20170112115914025-1201929099.png][]

1、encoding：用于定义整数集合的编码方式

2、length：用于记录整数集合中变量的数量

3、contents：用于保存元素的数组，虽然我们在数据结构图中看到，intset将数组定义为int8\_t，但实际上数组保存的元素类型取决于encoding

### **　　6.3 整数集合的升级** ###

在上述数据结构图中我们可以看到，intset 在默认情况下会帮我们设定整数集合中的编码方式，但是当我们存入的整数不符合整数集合中的编码格式时，就需要使用到Redis 中的升级策略来解决

Intset 中升级整数集合并添加新元素共分为三步进行：

1、根据新元素的类型，扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间

2、将底层数组现有的所有元素都转换成新的编码格式，重新分配空间

3、将新元素加入到底层数组中

比如，我们现在有如下的整数集合：

![1053081-20170112120708025-60015335.png][]

我们现在需要插入一个32位的整数，这显然与整数集合不符合，我们将进行编码格式的转换，并为新元素分配空间：

![1053081-20170112120822103-1945786269.png][]

第二步，将原有数据他们的数据类型转换为与新数据相同的类型：（重新分配空间后的数据）

![1053081-20170112120925197-1602941314.png][]

第三部，将新数据添加到数组中：

![1053081-20170112121008181-926322050.png][]

**6.3.1 整数集合升级的好处**

1、提升灵活性

2、节约内存

### 　　6.4 总结 ###

整数集合是集合建的底层实现之一

整数集合的底层实现为数组，这个数组以有序，无重复的范式保存集合元素，在有需要时，程序会根据新添加的元素类型改变这个数组的类型

升级操作为整数集合带来了操作上的灵活性，并且尽可能地节约了内存

整数集合只支持升级操作，不支持降级操作

## 7、压缩列表 ##

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### 　　7.1 概述 ###

压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只把汗少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数，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列表键的底层实现。

### 　　7.2 压缩列表的构成 ###

一个压缩列表的组成如下：

![1053081-20170112135428338-349937049.png][]

1、zlbytes:用于记录整个压缩列表占用的内存字节数

2、zltail：记录要列表尾节点距离压缩列表的起始地址有多少字节

3、zllen：记录了压缩列表包含的节点数量。

4、entryX：要说列表包含的各个节点

5、zlend：用于标记压缩列表的末端

![1053081-20170112135652994-1312163277.png][]

### 　　7.3 总结 ###

压缩列表是一种为了节约内存而开发的顺序型数据结构

压缩列表被用作列表键和哈希键的底层实现之一

压缩列表可以包含多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或者整数值

添加新节点到压缩列表，可能会引发连锁更新操作。

[https_www.cnblogs.com_jaycekon_p_6277653.html]: https://www.cnblogs.com/jaycekon/p/6277653.html
[Redis-redis]: http://www.cnblogs.com/jaycekon/p/6227442.html
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[copycode.gif]: /images/20210527/e8e24fe5161947b48d24268d52cb29c0.png
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[1053081-20170112120925197-1602941314.png]: /images/20210527/c4b99c06c283499a9ef77718b8fdf085.png
[1053081-20170112121008181-926322050.png]: /images/20210527/cd6619fa10b14d4a88fa81584ee29acc.png
[1053081-20170112135428338-349937049.png]: /images/20210527/c648a9c2c1564761854ec6a29352f88a.png
[1053081-20170112135652994-1312163277.png]: /images/20210527/97c984aa03a5484fbc992d14993c8698.png