redis基础——数据结构

1. 简单动态字符串（SDS）

在redis中，包含字符串值的键值对都是由SDS实现的

值得注意的是，redis中的键值对的键都是一个字符串对象

 SDS定义：

SDS遵循c字符串以空字符结尾的规则，这样做的好处就是可以利用一部分C语言的库函数

 SDS与C字符串的区别：

1. SDS字符串以常数级别复杂度获取字符串长度（长度保存在属性len中），而C字符串获取长度需要O（n）复杂度
2. SDS杜绝缓冲区溢出，C因为不记录自身长度，所以有缓冲区溢出的风险；C在连接字符串时就直接加到后边，而SDS首先会检查空间是否满足要求，若不满足会自动扩展至修改所需大小
3. SDS减少了修改字符串时带来的内存重分配次数

为了避免运行速度和性能问题，SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化措施

1. 二进制安全  C字符串的中间不能包含空字符，否则会被认为是字符串的结束，这就使得C字符串不能保存图片音频视频这样的二级制数据，而SDS字符串使用len属性来判断是否结束，并不是用空字符判断
2. 兼容部分C字符串函数

1. 字典

一个键（key）和一个值（value）关联，字典中的每个键都是独一无二的，这数据结构也是redis中应用最广泛的，除了用来表示数据库之外，还用来实现哈希键

 字典的实现：

用哈希表作为底层实现，一个哈希表里有多个哈希节点，每个哈希节点就保存一个键值对

字典：

Redis使用MurmurHash2算法作为计算哈希键的算法

Redis使用链地址法解决哈希冲突问题

哈希表的扩展与收缩：

当哈希表的负载因子小于0.1时，自动开始收缩

 渐进式rehash：

Rehash需要数组迁移，当数据量小的时候还好说，但数据量大的时候，明显达不到性能要求，所以服务器会分多次，渐渐的将数组的迁移工作完成。

渐进式rehash期间的哈希表操作会同时使用两个哈希表ht【0】和ht【1】，找键时会在两个里边都找，而添加操作只针对ht【1】，这一操作保证ht【0】里的键会越来越少

1. 跳跃表

跳跃表的实现：

跳跃表节点：

1. 层  level数组包含多个元素，每个元素都有一个指向其他节点的指针
2. 前进指针  每一层都有一个指向表尾方向的指针（level【i】.forward），用于从表头向表尾方向访问节点

1. 跨度  层的跨度（level【i】.span属性）用于记录两个节点之间的距离

两个节点之间的跨度越大，他们离得越远

指向Null的所有前进指针跨度都为0，不连接任何节点

1. 后退指针 用于从表尾指向表头，但不同于前进指针的是，一次只能后退至前一个节点
2. 分值和成员  分值（score）是一个double类型的浮点数，跳表中的节点都按分值从小到大来排序  成员对象（obj）是一个指针，指向一个字符串对象（保存着SDS值）

跳跃表：

通过一个zskiplist结构来持有跳跃表节点，方便处理

1. 整数集合

 整数集合的实现：

Contents是底层实现，每个元素都是contents数组的一个项，且按从小到大有序排列，无重复。

Length记录整数集合包含的元素数量（长度）

Encoding决定了数组存放的是哪个类型的整数（8 16 32）

升级操作：

 升级的几个好处：

提升灵活性：可以随意添加数据，不必担心出现类型错误

节约内存：可以确保集合能同时保存三种不同类型，且升级操作只在必要时出现

整数集合不支持降级操作

1. 压缩列表

压缩列表的构成

压缩列表节点的构成：

 Previous-entry-length

以字节为单位，记录压缩列表前一个节点的长度

 Encoding 

记录了节点的content所保存的数据类型以及长度：一字节两字节或五字节长，值的最高位为00、01、10的是字节数组编码；一字节长，值的最高位以11开头的是整数编码

Content

保存节点的值，节点值可以是一个字节数组或者整数

连锁更新：

描述的是多个节点长度都在254附近，此时一个大于254的节点加入进来，那么前面所说的Previous-entry-length就会从一字节变为五字节，跟多米诺骨牌一样导致全体节点都需要扩容升级，删除节点同样也会导致此操作。

  但这种场景出现的几率不高

1. 对象

Redis主要根据前面的几种数据结构构成一个对象系统，包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象五种。

对象的类型与编码：

 当我们在数据库中创建对象时，至少会创建两个对象，一个是键一个是值

 Type类型记录了对象的类型（那五个之一），对redis来说，键总是一个字符串对象。

 用type命令时，返回的是值对象的类型，不是键对象的

 对象的ptr指针指向底层实现的数据结构，这些数据结构由对象的encoding属性决定：

每种类型的对象都使用了至少两种不同的编码，这一举措提高了灵活性：

 字符串对象：

 编码的转换：

Int编码的字符串对象和embstr编码的字符串对象在条件满足的情况下会被转换成raw编码的字符串对象。

 对于int字符串来说，比如我们执行一个append操作，由于这个操作只能对字符串执行，此时就会将保存的整数转换为字符串

 Embstr是只读的，也就是说我们对他操作一定会变成raw的

 列表对象：

列表对象的编码可以是ziplist或linkedlist

Ziplist编码的列表对象使用的是压缩列表