为什么单线程的redis如此之快_而是用一种称为 sds(simple dynamic string)的结构体来保存字符串。-优快云博客

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本文深入探讨了Redis的高性能秘诀，包括纯内存操作、单线程设计、高效数据结构如SDS和跳跃表、合理数据编码及渐进式rehash策略。同时，解析了常见数据结构的应用场景，以及删除过期数据的三种策略。

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Redis作为一种性能优越的KV缓存服务器被广泛使用在各种后端项目中，在校招的面试题中存在感也特别高，Redis是高频问题。作为一只菜鸡，我知道的仅仅是：它的快是因为将数据存储在了内存中。然后就陷入和面试官互相注视的尴尬处境中，其实我们心中都明白这仅仅是Redis卓越性能原因的一小部分。几个月后的今天，作为一个看过很多大佬文章的菜鸡，我决定把大佬的东西复读一遍。
Redis性能之所以如此之高，得益于：

纯内存操作
redis是单线程的
高效的数据结构
合理的数据编码
其他优化

Redis常用数据结构及其应用场景：

String：缓存、计数器、分布式锁等；
List：链表、队列等；
Hash：用户信息、哈希表等；
Set：去重；
Zset：有序集合，常数查找时间。

SDS(Simple Dynamic String)

Redis使用C语言开发，但却没有使用C语言中的字符串，而是使用了一种称为SDS(Simple Dynamic String)的结构体来保存字符串

struct sdshdr{
	int len;//用于记录buf中已经使用的空间的长度
	int free;//buf中空闲的空间的长度
	char buf[];//存储实际内容
}

相比于C语言字符串，SDS有如下优势：

常数时间内获得字符串长度：C语言的字符串并不记录自身长度，需要时则遍历获取，时间复杂度O(N)，SDS直接返回len；
避免缓存区溢出：SDS的API在修改字符串时会事先检查空间是否充足，如果不足则重新分配内存；
减少字符串修改时带来的内存重新分配的次数；
二进制安全：SDS可以安心地存储一些特殊字符，例如C语言中表示字符串结束的’\0’。

字典

Redis中字典与Java中的HashMap类似，但比HashMap高级，字典是Redis中Hash的底层实现。

	//最重要的字段是dictht 和 trehashidx，这两个字段与rehash相关
typedef struct dict{
	dictType *type;
	void *privdata;
	dictht ht[2];
	int trehashidx;
}

typedef struct dictht{
	//哈希表数组
	dectEntrt **table;
	//哈希表大小
	unsigned long size;
	unsigned long sizemask;
	//哈希表已有结点数量
	unsigned long used;
}

Rehash

我们重点聊一聊rehash，在上述代码中，我们看到dict中存储了一个dictht数组，长度为2，表明这个数据结构中实际存储着两个哈希表ht[1]和ht[0]，两个表的存在未rehash过程提供了便利，其过程如下：

为ht[1]分配空间，如果是扩容操作，ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used*2的2^n；如果是缩容操作，ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2^n；
将ht[0]的键值rehash到ht[1]中；
当ht[0]迁移至ht[1]中后，释放ht[0]，将ht[1]置为ht[0]，并为ht[1]创建一张新表，为下次rehash做准备。

渐进式Rehash

上述的rehash方法在数据量很大时，会影响到服务器的性能，因此，Redis采用了一种渐进式的Rehash策略，分多次，渐进地将ht[0]迁移至ht[1]中：

为ht[1]分配内存，同时维护ht[0]和ht[1]；
字典中维护了一个rehashidx，并将它置为0，表示rehash开始；
在Rehash期间，每次对字典操作时，程序还顺便将ht[0]在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]中，当全部rehash完成后，将rehashidx置为-1，表示rehash完成。

由于同时维护了两张哈希表，所以rehash过程中内存占用率会增长；删改查操作会在两张表中进行，表一没有则查表二，但是新增操作则只在ht[1]中进行，确保ht[0]只减不增。

跳跃表

Zset是一个有序的链表结构，其底层的数据结构是跳跃表skiplist：

typedef struct zskiplistNode{
	//成员对象
	robj *obj;
	//分值
	double score;
	//后退指针
	struct zskiplistNode *backforward;

	struct zskiplistlevel{
		struct zskiplistNode *forward;//前进指针
		unsigned int span;//跨度，当前结点和下一结点的距离
	}level[];
}

typedef struct zskiplist{
	struct zskiplistNode *header,*tail;
	//表中结点的数量
	unsigned long length;
	//表中层数最大的结点层数
	int level;
}

压缩列表

压缩列表ziplist用于为Redis节约内存，是列表键和字典键的底层实现之一。
当元素个数较少时，链表键中会把ziplist转化为linkedlist，字典键中会将ziplist转化为Hashtable。
ziplist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，可以分为多个entry，每个entry中均可存储整数或者字符串，因为是连续内存，所以遍历速度较快。