redis实现原理和应用（redis读书笔记）

数据结构与对象

简单动态字符串 sds

扩展C语言中的string，添加free剩余字节程度方便内存扩展、length字节长度提高获取长度的效率，动态扩容机制。

Redis只会使用C字符串作为字面量，在大多数情况下，Redis使用SDS ( Simple Dynamic String,简单动态字符串)作为字符串表示。
比起C字符串，SDS具有以下优点:

• 常数复杂度获取字符串长度。（length属性）
• 杜绝缓冲区溢出。（free属性）
• 减少修改字符串长度时所需的内存重分配次数。
  空间预分配：小于1M则长度为（2*length+1）byte，大于1M则长度为（length+1M+1byte）；
  惰性空间释放：实际长度从长变短时并不释放空间，避免缩短短字符串时所需的内存重分配操作，并未将来可能的增长操作提供了优化。
• 二进制安全，不仅可以保持文本，还可以保存任意格式的二进制数据。
• 兼容部分C字符串函数，重用一部分string库的函数。

链表

链表结构

链表：表头节点、表尾节点、节点总数量、节点复制函数、节点释放函数、节点对比函数
链表节点：带有prev和next指针
特性：

• 双端:链表节点带有prev和next指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是0(1)。
• 无环:表头节点的prev指针和表尾节点的next指针都指向NULL，对链表的访问以NUL为终点。
• 带表头指针和表尾指针:通过list结构的head指针和tail指针，程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为0(1)。
• 带链表长度计数器:程序使用list结构的len属性来对list持有的链表节点进行计数，程序获取链表中节点数量的复杂度为0(1)。
• 多态:链表节点使用void*指针来保存节点值，并且可以通过list结构的dup、free. match三个属性为节点值设置类型特定函数，所以链表可以用于保存各种不
  同类型的值。

字典

字典用于保存键值对的抽象数据结构

哈希表结构dictht：数组、大小、索引值、节点数量
哈希表节点dictEntry：key、union、next指针
字典dict：type、privdata、哈希表 ht[1]、rehash索引
type和privdata针对不同类型键值对，为创建多态字典而设置。
ht[0]:字典使用的dictht哈希表，ht[1]哈希表进行rehash时使用。

rehash重新散列
为了让哈希表的负载因子保持在合理的范围，哈希表的扩容和收缩机制。
负载因子=哈希表已保存节点数量/哈希表大小
load_factor=ht[0].used/ht[o].size
扩容算法=（2的n次方幂第一个大于等于当前哈希表已保存数量）
rehash时机：

• 服务器目前没有在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于1。
• 服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于5。
• 当哈希表的负载因子小于0.1时,程序自动开始对哈希表执行收缩操作。

rehash步骤：

• 为字典的ht[1]哈希表分配空间，大小就是ht[0].used。
• 将ht[0]中所有的键值对rehash到ht[1]上面。
• 当ht[0]包含的所有键都迁移到ht[1]之后，释放ht[0]，将ht[1]设置为ht[0]，并在ht[1]新建一个空白哈希表，为下次rehash准备。

跳跃表 zskiplist

跳跃表是一种有序数据结构，每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问的目的。
Redis 的跳跃表由 redis.h/zskiplistNode 和 redis.h/zskiplist 两个结构定义， 其中 zskiplistNode 结构用于表示跳跃表节点， 而 zskiplist 结构则用于保存跳跃表节点的相关信息， 比如节点的数量， 以及指向表头节点和表尾节点的指针， 等等。

图 5-1 展示了一个跳跃表示例， 位于图片最左边的是 zskiplist 结构， 该结构包含以下属性：

• header ：指向跳跃表的表头节点。
• tail ：指向跳跃表的表尾节点。
• level ：记录目前跳跃表内，层数最大的那个节点的层数（表头节点的层数不计算在内）。
• length ：记录跳跃表的长度，也即是，跳跃表目前包含节点的数量（表头节点不计算在内）。

位于 zskiplist 结构右方的是四个 zskiplistNode 结构， 该结构包含以下属性：

• 层（level）：节点中用 L1 、 L2 、 L3 等字样标记节点的各个层， L1 代表第一层， L2 代表第二层，以此类推。每个层都带有两个属性：前进指针和跨度。前进指针用于访问位于表尾方向的其他节点，而跨度则记录了前进指针所指向节点和当前节点的距离。在上面的图片中，连线上带有数字的箭头就代表前进指针，而那个数字就是跨度。当程序从表头向表尾进行遍历时，访问会沿着层的前进指针进行。
• 后退（backward）指针：节点中用 BW 字样标记节点的后退指针，它指向位于当前节点的前一个节点。后退指针在程序从表尾向表头遍历时使用。
• 分值（score）：各个节点中的 1.0 、 2.0 和 3.0 是节点所保存的分值。在跳跃表中，节点按各自所保存的分值从小到大排列。
• 成员对象（obj）：各个节点中的 o1 、 o2 和 o3 是节点所保存的成员对象。
  

整数集合

整数集合( intset)是集合键的底层实现之一,当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时，Redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现。

redis> SADD numbers 1 3 57 9
(integer) 5
redis> OBJECT ENCO