Redis 各类型的底层数据结构及详解

最新推荐文章于 2025-05-21 14:12:29 发布

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Redis 是一个高性能的内存数据存储系统，支持多种数据类型，每种数据类型在底层都有其特定的数据结构实现。以下是 Redis 中主要数据类型的底层数据结构及其详解：

1. 字符串 (String)

底层数据结构：
- 简单动态字符串 (SDS)：Redis 中的字符串类型使用简单动态字符串（Simple Dynamic String, SDS）来存储。SDS 是一个动态字符串库，它允许 Redis 高效地进行字符串操作。

SDS 结构：
`len`：字符串的当前长度。
`alloc`：字符串的分配长度（不包括空终止符）。
`flags`：字符串的类型标志。
`buf`：字符数组，存储实际的字符串内容。

优点：
- 高效的字符串操作：SDS 提供了高效的内存分配和释放机制，避免了频繁的内存重分配。
- 二进制安全：SDS 可以存储任意二进制数据，而不仅仅是文本。

示例：

struct sdshdr {
    int len;    // 当前字符串长度
    int alloc;  // 分配的内存大小
    unsigned char flags; // 类型标志
    char buf[]; // 字符数组
};

2. 列表 (List)

底层数据结构：
- 双向链表 (Linked List)：在 Redis 3.2 版本之前，列表类型使用双向链表来存储。
- 压缩列表 (ziplist)：当列表中的元素较少且元素长度较小时，Redis 使用压缩列表来存储。
- 快速列表 (quicklist)：从 Redis 3.2 版本开始，列表类型使用快速列表来存储。快速列表是双向链表和压缩列表的混合体，它将多个压缩列表节点链接在一起。

双向链表结构：
`head`：指向链表头节点的指针。
`tail`：指向链表尾节点的指针。
`len`：链表的长度。
`dup`：复制函数指针。
`free`：释放函数指针。
`match`：匹配函数指针。

压缩列表结构：
`zlbytes`：压缩列表的总字节数。
`zltail`：最后一个元素的偏移量。
`zllen`：元素的数量。
`entryX`：压缩列表的元素。
`zlend`：压缩列表的结束标志。

快速列表结构：
`head`：指向快速列表头节点的指针。
`tail`：指向快速列表尾节点的指针。
`len`：快速列表的长度。
`count`：所有压缩列表节点的总元素数量。
`compress`：压缩深度。

优点：
- 高效的插入和删除操作：双向链表和快速列表都支持高效的插入和删除操作。
- 节省内存：压缩列表和快速列表在元素较少时可以节省内存。

3. 集合 (Set)

底层数据结构：
- 整数集合 (intset)：当集合中的所有元素都是整数且元素数量较少时，Redis 使用整数集合来存储。
- 哈希表 (Hash Table)：当集合中的元素较多或元素不是整数时，Redis 使用哈希表来存储。

整数集合结构：
`encoding`：编码方式（16位、32位、64位）。
`length`：集合中元素的数量。
`contents`：存储整数的数组。

哈希表结构：
`table`：哈希表数组。
`size`：哈希表的大小。
`sizemask`：用于计算索引的掩码。
`used`：已使用的节点数量。

优点：
- 高效的查找和插入操作：哈希表提供了 O(1) 时间复杂度的查找和插入操作。
- 节省内存：整数集合在元素较少时可以节省内存。

4. 有序集合 (Sorted Set)

底层数据结构：
- 跳表 (Skip List)：有序集合的主要底层数据结构是跳表。跳表是一种有序的数据结构，支持高效的插入、删除和查找操作。
- 压缩列表 (ziplist)：当有序集合中的元素较少且元素长度较小时，Redis 使用压缩列表来存储。

跳表结构：
`header`：指向跳表头节点的指针。
`tail`：指向跳表尾节点的指针。
`level`：跳表的最大层数。
`length`：跳表的元素数量。