Redis底层数据结构

Posted 2021-04-07 原创工厂

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Redis底层数据结构相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Redis本身是一个基于C语言开发的内存数据库，它包含String、Set、List、Hash、Set、ZSet等数据类型。那么它底层的数据结构是什么样的呢？简单而言，redis的数据结构包含简单动态字符串、链表、字典、跳跃表、整数集合、压缩列表等。

简单动态字符串

Redis没有直接用C语言的字符串，而是自己构建了一种名为【简单动态字符串】（Simple Dynamic String, SDS）的抽象类型，并将SDS作为Redis的默认字符串类型表示。

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

这样做的好处是：

常量复杂度获取字符串长度，直接读取len属性，而不需要通过遍历计数
杜绝缓冲区溢出。C语言在strcat函数进行拼接时，如果没有分配足够长度的内存空间，就会造成缓冲区溢出。而对于SDS数据类型，在进行字符修改时，会首先根据len属性检查内存空间是否满足需求，如果不满足，会进行空间扩展。
减少修改字符串的内存重新分配次数。C语言不记录字符串的长度，如果要修改字符串，必须要重新分配内存。SDS通过len和free属性的存在，对于修改字符串SDS实现了空间预分配和惰性空间释放2种策略：

（1）空间预分配：对字符串进行空间扩展时，扩展的内存比实际需要的多，可以减少分配次数

（2）惰性空间释放，对字符串进行缩短操作时，程序不立即使用内存重新分配来回收缩短后多余的字节，而是使用free属性将这些字节的数量记下来，等待后续使用。

二进制安全。SDS的API都是以二进制的方式来处理buf中的元素，并且SDS不是以空字符串来判断是否结束，而是以len属性表示的长度来判断字符串是否结束。
兼容部分C字符串函数。

链表

Redis构建了链表的实现。

  
    
    
  
   
     
     
   typedef struct listNode{
   
     
     
    //前置节点
   
     
     
    struct listNode *prev;
   
     
     
    //后置节点
   
     
     
    struct listNode *next;
   
     
     
    //节点的值
   
     
     
    void *value; 
   
     
     
   }listNode

  
    
    
  
   
     
     
   typedef struct list{
   
     
     
    //表头节点
   
     
     
    listNode *head;
   
     
     
    //表尾节点
   
     
     
    listNode *tail;
   
     
     
    //链表所包含的节点数量
   
     
     
    unsigned long len;
   
     
     
    //节点值复制函数
   
     
     
    void (*free) (void *ptr);
   
     
     
    //节点值释放函数
   
     
     
    void (*free) (void *ptr);
   
     
     
    //节点值对比函数
   
     
     
    int (*match) (void *ptr,void *key);
   
     
     
   }list;

Redis链表特性

双端：具有前置节点和后置节点的引用
无环：表头节点的prev指针和表尾的next指针都指向NULL，对链表的访问都是以NULL结束
带链表长度计数器：通过len属性获取链表长度
多态：链表节点使用void * 指针来保存节点值，可以保存不同类型的值

字典

  
    
    
  
   
     
     
   typedef struct dictht{
   
     
     
    //哈希表数组
   
     
     
    dictEntry **table;
   
     
     
    //哈希表大小
   
     
     
    unsigned long size;
   
     
     
    //哈希表大小掩码，用于计算索引值
   
     
     
    //总是等于 size-1
   
     
     
    unsigned long sizemask;
   
     
     
    //该哈希表已有节点的数量
   
     
     
    unsigned long used;
   
     
     
   

   
     
     
   }dictht

哈希表是由数组table组成，table中的每个元素都是指向entry结构

  
    
    
  
   
     
     
   typedef struct dictEntry{
   
     
     
    //键
   
     
     
    void *key;
   
     
     
    //值
   
     
     
    union{
   
     
     
    void *val;
   
     
     
    uint64_tu64;
   
     
     
    int64_ts64;
   
     
     
    }v;
   
     
     
   

   
     
     
    //指向下一个哈希表节点，形成链表
   
     
     
    struct dictEntry *next;
   
     
     
   }dictEntry

基本上与JAVA和HashMap一致。

跳跃表

Redis中跳跃表节点定义如下：

  
    
    
  
   
     
     
   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;
   
     
     
   

   
     
     
   } zskiplistNode

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

   
     
     
   }zskiplist;