Redis - 底层数据结构-蒲公英云

Redis - 底层数据结构

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简介

Redis 的底层数据结构主要以下几种：

SDS(Simple Dynamic String, 简单动态字符串)
ZipList(压缩列表)
QuickList(快表)
Dict(字典)
IntSet(整数集合)
ZSkipList(跳跃表)

简单动态字符串

在 Redis 中，并不会直接使用 C 语言自带的字符串结构作为实际的存储结构，而只是将字符串作为字面量使用，大多数情况使用自定义的 SDS 来表示字符串。

SDS 主要用于储存 Redis 的默认字符串表示、AOF 模块中的 AOF 缓冲区、客户端状态输入缓冲区。它的定义如下：

struct sdshdr {
    int len;        // 记录 buf 数组中已使用字节的数量，等于 SDS 所保存的字符串的长度
    int alloc;      // 记录 buf 数组中未使用字节的数量
    char buf[];     // 字节数组，用于保存字符串
};

优点

相对于 C 语言的字符串实现，Redis 实现的 SDS 有以下优点：

通过记录 len 属性，实现常数级时间复杂度获取字符串长度
通过检查 len 属性，避免字符串在修改时出现缓冲区溢出的情况
通过记录 len 属性和 alloc 属性，对于修改字符串实现了空间预分配和惰性空间释放
实际存储的 buf 是一个字节数组，可以实现 SDS 安全操作二进制数据
SDS 仍然以 \0 作为字符串结尾的标识，这样可以重用 C 语言字符串的部分函数

空间预分配

当 SDS 修改时需要扩展空间大小，程序不仅会为 SDS 扩展修改所需的空间，还会为 SDS 分配额外的未使用空间。这额外空间一般是 len 的大小，最大不超过 1MB。

这样可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数。

惰性空间释放

当 SDS 修改时需要缩短空间大小，程序并不会立即将多出来的空间进行空间重分配，而是使用 alloc 属性将这些空间大小记录下来，以待后续使用。

而且 SDS 也提供手动释放未使用空间的方法，这样可以避免浪费内存。

压缩列表

ZipList 实际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，是 Hash 类型底层实现的一种方式。

结构

一个 ZipList 结构由 zlbytes、zltail、zllen、entries、zlend 这些属性组成，这些属性顺序连接在一起组成了 ZipList：

zlbytes 用于记录 ZipList 占用的内存字节数，在对 ZipList 进行内存重分配或者计算 zlend 的位置时使用。

zltail 记录了 ZipList 表尾结点距离 ZipList 的起始地址有多少个字节，Redis 可以通过这个属性快速确定表尾结点的地址。

zllen 记录了 ZipList 包含的结点数量，当这个属性小于 UINT16_MAX(65535) 时，这个值就是 ZipList 包含的结点数量；这个属性大于 UINT16_MAX 时，则需要遍历整个 ZipList 才能计算得出结点数量。一个 ZipList 可以包含任意多个结点，每个结点可以保存一个字节数组或者一个整数值。

zlend 定义了特殊值 OxFF 用于标记 ZipList 的末端。